[发明专利]一种基于金属涂层光纤的分布式耐高温光纤光栅传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属涂层光纤的分布式耐高温光纤光栅传感器的制备方法，将金属涂层光纤一段去除涂覆层，在剥去涂覆层的区域利用飞秒激光刻写耐高温光纤光栅，刻写耐高温光纤光栅后对去除涂覆层部分进行保护，再将刻写好的耐高温光纤光栅放于带有凹槽的基片上，耐高温光纤光栅位于凹槽中，然后将两端有金属涂覆层的区域固定在基片上，最后将盖板固定在基片上形成贴片式耐高温光纤光栅传感器，在该贴片式耐高温光纤光栅传感器的前或后设定距离的金属涂层光纤处，制备若干贴片式耐高温光纤光栅传感器，共同组成分布式耐高温光纤光栅传感器。本发明可用于高温高压及强电磁辐射环境中对温度进行单点或分布式测量领域。

技术领域

本发明属于光纤光学和传感器领域，涉及一种耐高温光纤光栅传感器的制备方法，具体涉及一种基于金属涂层光纤的分布式耐高温光纤光栅传感器的制备方法。

背景技术

在石油化工、航空航天领域、高温管道蠕变等领域中需要耐高温、耐高压、耐腐蚀的传感器进行温度、应变等参量的传感测量。光纤光栅传感器具有灵敏度高、体积较小、抗电磁干扰、可以进行分布式测量、传感信息能够通过光纤传输和组网等等优点，在强电磁、强腐蚀环境环境的传感中取得广泛的应用。然而目前商用光纤光栅传感器仅能用于350℃以内的传感，而在建筑结构中火灾报警系统的传感器需要耐400℃及以上的高温，在金属冶炼或火力发电站，需要监测的温度通常会超过1000℃。

目前光纤光栅传感器无法用于更高温度的原因，一方面是由于传统光纤光栅利用紫外光在光敏光纤中制备，形成的为基于色心机制的Type I型光栅，400℃光栅结构即被擦除；其次目前光纤光栅的胶封装结构以及常用光纤的有机涂层均无法适用于400℃以上环境。例如目前耐温性好的聚酰亚胺光纤的在400℃即已经被破坏。近年来，利用高能量紫外激光刻写的Type IIa型光栅适用温度可达700℃，而将长脉冲紫外激光刻写的光纤光栅通过热再生形成的再生光栅耐温性可达1000℃，但是这种再生光栅损耗较大。相比于以上基于长脉冲激光的光纤光栅制备技术，利用基于飞秒激光的超快脉冲光纤光栅刻写技术可在各种材料的光纤直接刻写光栅(长脉冲激光仅能在光敏光纤中刻写光纤光栅)，制备的光栅耐温性好等优点。成为特种光纤光栅制备中更有前景的方向。利用飞秒可以制备出耐温性达到1000℃的光纤光栅，且损耗很小。虽然目前已有能制备耐高温光纤光栅技术，但是由于传感器的封装问题没有解决，仍然没有适用于400℃以上的光纤光栅传感器问世，耐高温光纤光栅的封装技术成为制备可用于400℃以上传感的光纤光栅传感器关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属涂层光纤的分布式耐高温光纤光栅传感器的制备方法，以克服现有技术存在的问题，本发明方法是先在金属涂层光纤上刻写耐高温光纤光栅，再将光栅区用激光焊接或胶粘在基片上，实现对耐高温光纤光栅传感器的封装，同时采用耐高温金属涂层光纤作为高温环境下的传感器中光信号的传输和传感器间连接介质。该制备方法操作简单，结构小巧，由于金属涂层光纤相对于传统的聚合物涂覆层具有更高的耐温特性，可用于不同传感器在高温环境下的连接，实现耐高温分布式传感。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于金属涂层光纤的分布式耐高温光纤光栅传感器的制备方法，将金属涂层光纤一段去除涂覆层，在剥去涂覆层的区域利用激光刻写耐高温光纤光栅，刻写耐高温光纤光栅后对去除涂覆层部分进行保护，再将刻写好的耐高温光纤光栅放于带有凹槽的基片上，耐高温光纤光栅位于凹槽中，然后将两端有金属涂覆层的区域固定在基片上，最后将盖板固定在基片上形成贴片式耐高温光纤光栅传感器，在该贴片式耐高温光纤光栅传感器的前或后设定距离的金属涂层光纤处，制备若干贴片式耐高温光纤光栅传感器，所制备的贴片式耐高温光纤光栅传感器组成分布式耐高温光纤光栅传感器。

进一步地，具体包括以下步骤：

1)将金属涂层光纤上一段长度为1cm-2cm部分的涂覆层去除；

2)利用激光在去除金属涂覆层部分的光纤内刻写耐高温光纤光栅；