[发明专利]一种基于无芯光纤径向大错位结构涂覆聚二甲基硅氧烷的点式温度传感装置

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，提供了一种基于无芯光纤径向大错位结构涂覆聚二甲基硅氧烷的点式温度传感装置。包括宽带光源、传感单元、光谱仪，宽带光源通过入射单模光纤与传感单元一端连接，光谱仪通过出射单模光纤与传感单元另一端连接；其特征在于，所述传感单元是将入射单模光纤和出射单模光纤的一端制成无芯光纤结构，令无芯光纤端进行同轴向大错位熔接形成的结构，其包括顺次连接的入射无芯光纤、错位无芯光纤和出射无芯光纤；传感单元表面涂覆聚二甲基硅氧烷。本发明结构紧凑，在高温度灵敏度、窄测量范围的单点温度测量场合具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于无芯光纤径向大错位结构涂覆聚二甲基硅氧烷的点式温度传感装置。

背景技术

光纤温度传感器凭借其体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀的优良特性逐渐获得广泛的认可。光纤温度传感器可分为点式和分布式，本发明只用于单点温度测量，故不对光纤分布式温度传感器进行介绍。

目前常见的光纤点式温度传感器主要可分为两类：一类是通过光纤本身材料的热光效应或热膨胀效应来进行传感测温，另一类是通过对光纤进行填充或涂覆具有热光效应或热膨胀效应的材料来进行测温。

第一类是最早出现的光纤点式温度传感器，其又包括光栅类、光纤干涉仪类。利用布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅的热膨胀效应改变光栅周期来进行温度测量，通常温度灵敏度不到0.2nm/℃；光纤干涉仪主要通过热光效应或热膨胀效应改变干涉的光程差，最终造成干涉谐振谷的移动：普通的光纤马赫-曾德尔干涉仪结构，例如单模多模单模或多模单模多模结构尽管结构稳定，但温度灵敏也都不会超过0.1nm/℃；光纤萨格纳克干涉仪光纤同样是利用热光效应改变光纤的双折射性质；光纤法布里-珀罗干涉仪主要用于大温度尺度和高温，其解调方法不是波长解调，因此灵敏度计算标准也不是波长灵敏度。总而言之，传统的光纤点式温度传感器温度灵敏度太低。

另一类光纤点式温度传感器本质上是在传统光纤点式温度传感器的基础上发展起来的。通过在布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅外表面涂覆聚二甲基硅氧烷，可以利用涂覆材料更高的热膨胀系数，从而增强光栅的温度灵敏度，达到至少4倍；对于光纤马赫-曾德尔干涉仪也一样，利用具有包层具有高热光系数的多模光纤可实现高达-3.195nm/℃的温度灵敏度；而在普通的光纤法布里-珀罗干涉仪端面涂覆聚二甲基硅氧烷从而改变反射光的强度，进而影响干涉谷的强度；通过在边孔光纤中填充酒精，可以改变边孔光纤的双折射系数，进而实现更高灵敏度的温度测量。总之，这类新型的光纤点式温度传感器丰富了光纤温度传感器的类型，是目前的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、具有高温度灵敏度和窄测量范围的基于无芯光纤径向大错位结构涂覆聚二甲基硅氧烷的点式温度传感装置。为了达到上述目的，本发明提出在无芯光纤径向大错位结构上涂覆聚二甲基硅氧烷，无芯光纤径向大错位结构对外界折射率变化及其敏感，通过涂覆聚二甲基硅氧烷的高热光系数，间接提高无芯光纤径向大错位结构的温度灵敏度，并且外界折射率的变化被涂覆的聚二甲基硅氧烷隔离，保证该装置没有温度折射率交叉敏感问题。

本发明的具体技术方案为：

一种基于无芯光纤径向大错位结构涂覆聚二甲基硅氧烷的点式温度传感装置，包括宽带光源、传感单元、光谱仪，宽带光源通过入射单模光纤与传感单元一端连接，光谱仪通过出射单模光纤与传感单元另一端连接；所述传感单元是将入射单模光纤和出射单模光纤的一端制成无芯光纤结构，令无芯光纤端进行同轴向大错位熔接形成的结构，其包括顺次连接的入射无芯光纤、错位无芯光纤和出射无芯光纤；传感单元表面涂覆聚二甲基硅氧烷。

上述传感单元中的入射无芯光纤与错位无芯光纤的错位量和错位无芯光纤与出射无芯光纤的错位量相同，错位量为40～80μm。

上述传感单元表面涂覆聚二甲基硅氧烷，全覆盖所述传感单元中的无芯结构，并通过加热至100℃保持35min以上使其完全固化。