[发明专利]一种光纤温度传感探头及解调方法

说明书

本发明公开了一种光纤温度传感探头及解调方法，包括：第一单模光纤、空心光纤、第二单模光纤、陶瓷插芯以及紫外胶；空心光纤的一端与第一单模光纤的一端熔接在一起，且空心光纤的另一端与第二单模光纤的一端熔接在一起，从而构成参考法布里‑珀罗干涉仪；第二单模光纤的另一端插入陶瓷插芯的一端，紫外胶充入陶瓷插芯的另一端，且在陶瓷插芯内，第二单模光纤另一端的端面与紫外胶的端面存在一定间隔，从而构成传感法布里‑珀罗干涉仪；参考法布里‑珀罗干涉仪与传感法布里‑珀罗干涉仪级联形成游标效应，从而提高温度探测的灵敏度。本发明能够在保证光纤温度传感探头的制备方法简单且制备成本低的同时，提高温度探测的灵敏度。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种光纤温度传感探头及解调方法。

背景技术

光纤由于自身体积小、重量轻、耐腐蚀、抗强电磁干扰等优点，被人们广泛地应用于传感领域。温度探测是光纤传感技术的一个重要应用领域，与传统的电子式温度传感器相比，光纤温度传感器能在航空航天、核试验研究、生物医疗等特定领域得到更加广泛的应用。

由于光纤本身的热光系数和热膨胀系数不大，所以光纤温度传感器普遍存在灵敏度不高的现象。例如基于光栅(包括布拉格光栅和长周期光栅)和线内干涉仪结构的光纤温度传感器，灵敏度一般小于100pm/℃。为了满足某些特定领域对灵敏度较高的需求，国内外科研人员对光纤温度传感增敏方法进行了广泛的研究。微纳光纤比普通单模光纤拥有更大的消逝场，因此可以用来增大灵敏度，但微纳光纤制备难度大且结构易破坏，不适合于工程应用；在传统的光纤温度传感器表面涂覆金属、聚合物、石墨烯等材料也是常见的增敏方法，但这种方法一般是结合微纳光纤才能取得较好的效果；基于硅光电子材料的温度传感器灵敏度较大，但它们的制作成本都很高，而且光场耦合也是一直存在的较难解决的问题；基于表面等离子体谐振法的高灵敏度温度传感器，一般通过涂覆纳米级金属薄膜或者在光子晶体光纤中选择性填充粒子，但这种方法的制备过程极其复杂，制备成本昂贵，不适合于批量生产。此外，上述几种光纤温度传感器均为透射型的传感结构，不适合与作为探针进行遥感。

综上所述，为提高温度传感的灵敏度，现有的光纤温度传感器均存在制备复杂、制备成本高的问题，在实际的应用中存在的一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种光纤温度传感探头及解调方法，其目的在于，在保证光纤温度传感探头的制备方法简单且制备成本低的同时，提高温度探测的灵敏度。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种光纤温度传感探头，包括：第一单模光纤、空心光纤、第二单模光纤、陶瓷插芯以及紫外胶；

空心光纤的一端与第一单模光纤的一端熔接在一起，且空心光纤的另一端与第二单模光纤的一端熔接在一起，从而由第一单模光纤一端的端面、第二单模光纤一端的端面以及两端面之间的空气介质构成参考法布里-珀罗干涉仪；

第二单模光纤的另一端插入陶瓷插芯的一端，紫外胶充入陶瓷插芯的另一端，且在陶瓷插芯内，第二单模光纤另一端的端面与紫外胶的端面存在一定间隔，从而由第二单模光纤另一端的端面、紫外胶的端面以及两端面之间的空气介质构成传感法布里-珀罗干涉仪；

参考法布里-珀罗干涉仪与传感法布里-珀罗干涉仪级联形成游标效应，从而提高温度探测的灵敏度。

进一步地，参考法布里-珀罗干涉仪与传感法布里-珀罗干涉仪的初始腔长的差值同时满足如下条件：采集光纤温度传感探头的反射光谱时，反射光谱下包络的周期大小不会超过采集装置的观测范围；基于参考法布里-珀罗干涉仪与传感法布里-珀罗干涉仪之间的游标效应探测温度时，探测灵敏度高于预设的灵敏度阈值；灵敏度阈值依据实际的温度探测的灵敏度需求设定；在常规实验环境下，参考法布里-珀罗干涉仪与传感法布里-珀罗干涉仪的初始腔长的差值大于2微米且小于15微米，以满足上述条件。

进一步地，陶瓷插芯一端的缝隙处涂有胶粘剂，以使得第二单模光纤与陶瓷插芯的相对位置固定。