[发明专利]一种单晶光纤荧光温度传感器探头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单晶光纤荧光温度传感器探头及其制备方法，属于光纤温度传感器领域。

背景技术

    在工业生产和科研中为了保证产品质量和设备的安全运行往往需要对温度﹑压力等参数进行精确测量和控制。但普通的热电偶等测温传感器难以使用于强电磁干扰下的温度测量。光纤传感器本质上具有抗电磁干扰等重要的性能，因此非常适合各种强电磁干扰条件下的参数测量。

荧光型光纤温度传感器的基本工作原理为在一定条件下，荧光发射体的荧光强度﹑荧光寿命﹑荧光发射光谱强度比例变化与所处环境温度相关，通过检测荧光发射体的荧光强度﹑荧光寿命与荧光光谱强度比例的变化等可知荧光发射体所处环境温度。因此各种荧光材料可应用于温度等参数传感测量。

通常荧光型光纤温度传感器的基本结构为作为传感元件的荧光发射体置于传导用Y型石英光纤的端部，从Y型传导光纤一端导入的脉冲激发光使荧光发射体产生荧光发射，该荧光信号由Y型光纤另一端导出，由光电探测器接收并放大后由信号处理电路得到其荧光信号。根据荧光信号与温度的对应关系，即可得到作为传感头的荧光发射体处的工作温度。一般要求作为传感用的荧光发射体具有以下条件：具备良好的物理化学性能、易于实现在合适波段上的强荧光发射、确定的荧光温度特性等。目前用作温度传感用荧光发射体的主要有各类单晶体，如红宝石（Cr³⁺:Al₂O₃）、钇铝石榴石（Nd³⁺:YAG）和荧光玻璃等。

一般来说温度对荧光发射体的荧光强度﹑荧光寿命﹑荧光发射光谱比例都有一定的影响，因此可以分别制成基于荧光强度、荧光寿命或荧光光谱比例等的荧光温度传感系统。但是普通的基于石英光纤的荧光温度传感头，需要使用将光纤与荧光材料连接的固定装置，在连接处存在光学端面反射等损耗，此外，受石英光纤本身工作温度和机械强度等限制，难以在更高温度下使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶光纤荧光温度传感器探头及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该单晶光纤荧光温度传感器探头由单晶光纤与荧光光纤探头直接生长为一体。

进一步地，本发明所述单晶光纤荧光温度传感器探头，其特征在于：所述单晶光纤的材料为Al₂O₃或Y₃Al₅O₁₂。

本发明单晶光纤荧光温度传感器探头的制备方法如下：使用附着方法在清洁的单晶源棒一端附上一层荧光氧化物，接着将附着了荧光氧化物的单晶源棒安装到激光加热基座法生长装置的源棒夹具中，并将单晶光纤籽晶安装到激光加热基座法生长装置的籽晶夹具中；将两束CO₂激光束聚焦到单晶源棒的顶端，待单晶源棒的顶端熔化形成稳定熔区后，将所述籽晶夹具中的单晶光纤籽晶点入单晶源棒顶端的所述熔区而形成单晶光纤生长熔区；接着将单晶光纤籽晶以提拉速度V_f向上提拉，同时将单晶源棒以馈送速度V_s向上馈送，从而生长出单晶光纤，单晶光纤提拉速度V_f与单晶源棒馈送速度V_s满足以下关系：

                       

式中，D_f、D_s 分别为生长出的单晶光纤直径和单晶源棒直径；

    当单晶源棒上附着的荧光氧化物馈送进入到单晶光纤生长熔区后，生长出的单晶光纤掺入了用于荧光温度传感的荧光离子而在单晶光纤上生长出荧光光纤探头，得到所述单晶光纤荧光温度传感器探头。

进一步地，本发明所述单晶光纤的直径为100μm～1000μm。

进一步地，本发明所述荧光氧化物为过渡离子氧化物或稀土离子氧化物。

进一步地，本发明所述附着方法为涂敷或蒸镀。