[发明专利]一种双锥形聚合物光纤探头及其制备方法和温度传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤温度传感器及其制造方法的技术领域，具体涉及一种双锥形聚合物光纤探头及其制备方法和温度传感器。

背景技术

随着现代工业、空间技术、军事等领域逐步向自动化和智能化发展，对传感器的灵敏度、精度、可靠性等的要求不断增加，光纤类传感器因其灵敏度高、较强的抗电磁干扰能力、良好的动态范围、体积小、耐腐蚀、响应速度快、网络化、分布式、多点、大区域、同步检测等优点，备受国内外专家和用户的青睐。塑料聚合物光纤作为感知信号的器件和玻璃光纤相比具有更多的优点：

1、塑料光纤质轻、柔软，更耐破坏(振动和弯曲)。塑料聚合物光纤有着优异的拉伸强度、耐用性和占用空间小的特点。柔韧、更小的杨氏模量、更大的热光系数和更大的热膨胀系数，所以聚合物光纤传感器能够提供更高的灵敏度和更宽的响应范围；

2、聚合物光纤收发模块使用650nm波长的红光，非常安全，使用者可见也容易判断光纤的连接是否成功。作为信号传输载体可以使用可见光波段的发光二极管(LED)作为电/光或光/电转换器件，直接输出电压信号使解调系统成本大幅降低；

3、具有更好的抗弯曲特性、芯径大，数值孔径大，与光源和接收器的耦合效率高，端面处理简单、具有简易的连接方式和简单的连接器件等优点。

基于聚合物光纤的传感器既有光纤传感器的优势，且直接输出电信号易于和别的电类传感系统兼容，具有十分明显的本征优势和应用潜能。因此聚合物光纤在传感领域具有广泛的应用前景，但是普通聚合物光纤对光传输能量变化不明显不能作为传感器使用，因此，研制具有对外界因素有敏感特性的聚合物光纤结构具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双锥形聚合物光纤探头及其制备方法和温度传感器，该双锥形聚合物光纤探头结构设计合理，易于制作；基于双锥形聚合物光纤探头的温度传感器测量灵敏度高，效果好。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种双锥形聚合物光纤探头，包括光纤内核和光纤外被，光纤内核由纤芯和外包层组成；

在光纤探头的任意一段上，纤芯的两端为圆柱状区段，中部为双锥形耦合区段，该双锥形耦合区段由双锥形结构区和包覆于双锥形结构区外的温度敏感材料层构成，双锥形结构区中间细两端粗且对称布置；双锥形结构区与温度敏感材料层相配合形成圆柱状结构，该圆柱状结构与纤芯两端的圆柱状区段半径相同。

在光纤外被外还包覆有铠装保护层，该铠装保护层的包覆区域包括纤芯中部的双锥形耦合区段和纤芯两端的圆柱状区段。

双锥形耦合区段中部锥区的最小半径为r0，纤芯的半径为r1，且r0为r1的0.2～0.9倍。

双锥形耦合区段的长度为10～100mm。

本发明还公开一种双锥形聚合物光纤探头的制备方法，包括以下步骤：

1)光线探头包括光纤内核和光纤外被，光纤内核由纤芯和外包层组成；选择光纤探头上任意一段，用剥线钳去除光纤外被；

2)将去除光纤外被后裸露的纤芯表面用砂纸边旋转边打磨直至形成中间细两端粗且对称的双锥形结构区；

3)在双锥形结构区外敷上温度敏感材料层，使双锥形结构区与温度敏感材料层相配合形成圆柱状结构，该圆柱状结构与纤芯两端的圆柱状区段半径相同。

还包括在光纤外被的外部包覆铠装保护层，该铠装保护层包覆区域包括纤芯中部的双锥形耦合区段和纤芯两端的圆柱状区段。

步骤2)制备双锥形结构区时，使用游标卡尺进行实时量测，打磨尺寸满足目标半径尺寸，双锥形耦合区段中部锥区的最小半径为r0，纤芯的半径为r1，r0为r1的0.2～0.9倍。

本发明还公开了一种温度传感器，包括斩波器、双锥形聚合物光纤探头、锁相放大器、调制器、光电探测器及电脑终端；

斩波器设置在双锥形聚合物光纤探头的入射光光路上，光源通过双锥形聚合物光纤探头后，将信号传给锁相放大器，信号放大后再经光电探测器储存于电脑终端中，斩波器和光电探测器通过调制器相连；

所述双锥形聚合物光纤探头，包括光纤内核和光纤外被，光纤内核由纤芯和外包层组成；在光纤探头的任意一段上，纤芯的两端为圆柱状区段，中部为双锥形耦合区段，该双锥形耦合区段由中间细两端粗且对称布置的双锥形结构区和包覆于双锥形结构区外的温度敏感材料层构成，双锥形结构区与温度敏感材料层相配合形成圆柱状结构。

在纤芯的外部还包覆铠装保护层，该铠装保护层包覆区域包括纤芯中部的双锥形耦合区段和纤芯两端的圆柱状区段，该圆柱状结构与纤芯两端的圆柱状区段半径相同。