[发明专利]一种包层多掺杂光纤温度传感器

说明书

本发明提供的一种包层多掺杂光纤温度传感器，包括光源、分光路器、参考光路、敏感光路、光功率计、数据处理和存储装置；所述参考光路、敏感光路并联，其一端与分光路器、光源依次连接，另一端与光功率计、数据处理和存储装置依次连接；参考光路和敏感光路均为敏感光纤。本发明提供包层多掺杂包层多掺杂光纤温度传感器结构简单、使用方便，灵敏度高，检测结果准确。其中，包层多掺杂单晶光纤采用包括光纤纤芯以及包覆于光纤纤芯外的包层材料，光纤纤芯制备工艺简单，具有优异的吸收特性和上转换强度，大大提高了Al₂O₃单晶光纤的应用范围；包层材料使用多组分磷酸盐玻璃，成本低，而且可以能够满足全反射的要求。

技术领域

本发明涉及温度检测设备领域，特别一种包层多掺杂光纤温度传感器。

背景技术

光纤自20世纪70年代问世以来，随着科学技术的发展，涌现了许许多多的包层多掺杂光纤温度传感器。光纤具有体积小、重量轻、结构灵活，抗电磁干扰、电绝缘的优点。目前包层多掺杂光纤温度传感器主要包括光纤布拉格光栅(FBG)温度传感器、半导体吸收式包层多掺杂光纤温度传感器和光纤法布里-波罗腔干涉式温度传感器等。

其中，光纤布拉格光栅温度传感器是通过精密工艺在光纤中进行雕刻，使光纤内的折射率成周期性分布，形成光纤布拉格光栅(FBG)。当外界因素变化时，光纤光栅的有效折射率和光栅常数会发生变化，从而导致FBG特征波长的变化，因此光纤光栅温度传感器是利用布拉格波长对温度的敏感特性而制成的一种光纤传感器。但光纤布拉格光栅温度传感器采用波长调制，导致解调系统复杂，以及容易引起温度-应力交叉感应的问题。

半导体吸收型包层多掺杂光纤温度传感器是利用半导体材的吸收光谱随温度变化而变化的特性实现的，当光通过半导体薄膜时，如果入射光子能量超过半导体导带和价带之间的禁带宽度时，半导体薄膜就会对通过的光产生吸收。因此可以通过测量半导体吸收的光强或者光谱测量环境温度变化。但半导体吸收式包层多掺杂光纤温度传感器存在对信号传输光纤要求高，通常需要特制大孔径光纤；而且由于光纤与半导体薄膜是间接耦合，光耦合效率远小于光纤与光纤直接熔接耦合；半导体膜片制作过程也较复杂，工艺要求较高；由于半导体吸收是导带和价带之间的电子跃迁吸收，吸收波段在紫外和可见光波段的短波段。因此要求紫外宽带光源，价格昂贵，对光纤要求也较高，且测量的精度较低，通常只有±1℃。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种包层多掺杂光纤温度传感器。

技术方案：本发明提供的一种包层多掺杂光纤温度传感器，包括光源(1)、分光路器(2)、参考光路(3)、敏感光路(4)、光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)；所述参考光路(3)、敏感光路(4)并联，其一端与分光路器(2)、光源(1)依次连接，另一端与光功率计(5)、数据处理和存储装置(6)依次连接；参考光路(3)和敏感光路(4)均为敏感光纤。

所述敏感光纤为包层多掺杂单晶光纤，包括光纤纤芯以及包覆于光纤纤芯外的包层材料；所述包层材料为多组分磷酸盐玻璃，所述光纤纤芯材料为多掺杂单晶光纤，所述多掺杂单晶光纤为Cr⁴⁺/Ho³⁺/Mg²⁺:Al₂O₃。

多掺杂单晶光纤中，Cr⁴⁺、Ho³⁺、Mg²⁺的摩尔比为(3-5)：(1-3)：1。

所述Cr⁴⁺、Ho³⁺、Mg²⁺的总摩尔数与Al₂O₃摩尔数之比为(2-4)：100。