[发明专利]一种光纤温度传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种简单实用的光纤温度传感器。

背景技术

在科研和生产中，经常遇到温度测量问题，传统的温度传感器有热电偶、热电阻温度传感器、热敏电阻温度传感器、半导体温度传感器等。光纤温度传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐蚀性好等优点，特别适用于易燃、易爆、空间狭窄和具有腐蚀性强的气体、液体以及射线污染等苛刻环境条件下的温度检测。

光纤宏弯损耗理论始于20世纪70年代，最初光纤的宏弯损耗理论是用来预测光纤通信中弯曲带来的不利影响。自20世纪90年代开始，学者开始利用光纤宏弯损耗特性研究光纤宏弯传感器。相比于微弯以及光纤光栅等传感技术，国内外对这方面的研究还很少。

1994年，英国的F.M.Haran 最早明确提出利用光纤宏弯特性进行温度传感,参考文献[1] Haran F M, Barton J S, Kidd S R, et al. Optical fibre interferometric sensors using buffer guided light[J]. Measurement Science and Technology, 1994, 5(5): 526，利用光纤弯曲时光在包层及涂覆层产生的回音壁模与纤芯导模之间的相互作用形成干涉计进行温度传感。这种方法的优势是不需要除去涂覆层，缺点是相位的测量比较困难。2005年时，美国的Sung Hyun Nam 将单模光纤的涂覆层剥离，再用氢氟酸将包层变薄，然后将包层变薄的光纤绕成直径4.1mm的环后，利用光在光纤包层和空气界面之间反射形成的回音壁模并与纤芯的导模之间进行耦合以实现高温传感，参考文献[2] Nam, Sung Hyun, and Shizhuo Yin. High-temperature sensing using whispering gallery mode resonance in bent optical fibers. Photonics Technology Letters, IEEE 17.11 (2005): 2391-2393。剥除涂覆层和腐蚀处理不仅使得工艺复杂，成本增加，而且腐蚀后光纤脆弱，抗干扰能力差。 2006年印度的A.S.Lalasangi利用纤芯导模和涂覆层-空气界面形成的回音壁模之间的相位干涉实现温度传感,参考文献[3] LALASANGI A S, KULKARNI V K, Pattanshetti I I, et al. Bend induced loss in single mode fiber for designing simple interferometric temperature sensor[J]. JOURNAL OF OPTOELECTRONICS AND ADVANCED MATERIALS, 2006, 8(5): 1901-1904。这种传感器的测试装置简单，但相对而言比较粗糙，精度比较低。中国发明专利CN102288325 B公开了一种“一种光纤温度传感器”，其是利用两段保偏光纤、起偏器和光纤反射镜组合，第二段保偏光纤与第一段保偏光纤的偏振轴之间呈45°熔接连接，其缺点为结构复杂，制作成本高，体积大，灵敏度低。中国专利申请200310111511.2公开了一种“微弯光纤温度传感器”，该微弯光纤温度传感器在温度变化时，温度感应器的几何尺寸因为热胀冷缩发生而推动光纤弯曲形变器运动，改变光纤的弯曲程度，从而实现对信号光纤中光强的调制，其缺点是灵敏度低，体积大等缺点。

发明内容

为了克服现有上述光纤温度传感器的不足，本发明提供一种利用光纤宏弯曲原理的光纤温度传感器。

本发明包括一根单模光纤和一块具有180°圆弧面的金属板，所述单模光纤的中部呈180°弯曲地贴合地固定于所述金属板的圆弧面上。

本发明是基于光纤宏弯曲的光损耗特性，温度变化改变光纤弯曲损耗的光纤温度传感器。本发明利用光纤中传播模内全反射条件因待测物理量的变化而受到影响，部分能量在弯曲区域从侧面逸出，使光纤中的光通量减少，通过检查光能量的变化从而测出相应的物理量，即环境影响的调制可以转化为光纤弯曲损耗的形式。