[发明专利]一种基于稀土离子荧光强度检测原理的铋铒共掺光纤点式温度传感器

说明书

本发明提供的是一种基于稀土离子荧光强度检测原理的铋铒共掺光纤点式温度传感器。其由泵浦激光器1、光隔离器2、延长单模光纤3、特制铋铒共掺光纤4、环形器5和8、套有ULE玻璃管7的特定波长光纤光栅6和9、光电探测器10、数据采集卡11、电脑12组成。本发明采用全光纤结构，泵浦激光器产生的泵浦光经过光隔离器，延长单模光纤，对特制铋铒共掺光纤进行泵浦，产生荧光。经过光纤光栅选出两路不同波长的荧光，通过探测两路荧光强度比值，计算出特定温度，进行温度监测。可用于温度告警或者高低温的实时监测与测量。可广泛用于电力系统、石油化工、航空航天等领域的温度监测。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种基于稀土离子荧光强度检测原理的铋铒共掺光纤点式温度传感器，可用于温度告警，高低温的实时监测，属于光纤温度传感技术领域。

(二)背景技术

随着现代传感技术的进步，电力、消防安全等领域对温度监测提出了更高的要求。在石油化工和航天航空领域，其运行环境多为高温低温以及强电磁干扰等恶劣条件。低温工程如强磁场、核聚变、能源等低温恶劣的复杂环境，医疗领域的辐射区等，对其进行结构健康监测可防止安全隐患的发生。由于运行环境的温度限制，急需一种适用于高低温恶劣环境的测温技术。

传统的电学传感器，金属易氧化，易受电磁场干扰，各类辐射环境下无法长期工作，无法用于易燃易爆工况。光纤具有抗电磁和原子辐射干扰，绝缘、耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能。光纤温度传感器非常适用于高电压、强磁场、易燃易爆等测温的场合，比如轨道交通干式变压器等电气设备的高压热点测温，光伏设备、开关柜高压触点等特殊环境的测温。它能够更有效的提升这类环境的安全等级。

文献CN201921128737.6中公开了一个光纤内护套和外护套结构，可以使光纤在低温下受到保护，增强光纤温度传感器的机械强度。但是对于高温环境下的测温该文献并没有涉及。

文献CN202111447941.6中公开了一种基于FP级联FBG结构的电流和温度传感器，可以实现电流和温度的双参量同时测量，但是该文献对于温度测量范围和自适应检测过程没有涉及。

文献CN202111240321.5中公开了一种基于SPR的螺旋光子晶体光纤温度传感器，但是该文献中的温度检测范围仅为10～60℃，无法涵盖超低温和超高温的检测，且没有涉及到传感器的自适应检测功能。

文献CN202110329975.9中公开了一种基于荧光检测的光纤温度传感器，利用特种光纤掺杂离子受激辐射原理，实现瞬态、高温透射式检测或反射式检测。但是对于低温(比如液氮温度下)的测温和自适应检测功能该文献没有涉及。此外，本发明还提出特定的铋铒离子掺杂，以两种不同特定波长的荧光强度比值进行温度传感。

文献CN202111197789.0公开了一种温度传感器及测温设备，该文献是基于自检测单元、电流源单元和模数转换单元等进行温度的自检测功能，不能实现全光纤的测温，而本发明提出的自检测功能是基于特种光纤自带的温敏特性。

文献“陈彧芳，万洪丹，陈乾等.基于稀土光纤双花生结的高灵敏度光纤温度传感器[J].中国激光,2020,47(1):267-272.”研究了基于稀土光纤双花生结的高灵敏度光纤温度传感器，提出了对于温度的检测方法。但是该文献所述的传感器测量范围仅为22～70℃，测温范围窄且应用受限制，没有描述传感器自检测功能。

文献“金凯,丁莉芸,郭会勇,等.超低温条件下光纤光栅温敏系数标定[J].光学精密工程,2022,30(1):6.”中研究的超低温条件下光纤光栅温敏系数标定，提出了低温监测，测温范围为-180.15～19.85℃。但是测温范围集中于低温测量，范围只有200℃，测量精度不是很理想。

综上所述前人研究方案存在的问题，我们提出新颖光纤传感器解决方案，新方案主要扩大仪器的测量范围，提高精确度和灵敏度，增加自检测功能。制备高浓度的铋铒离子掺杂光纤，用耐高温PMI涂覆层保护，结合特种光纤中掺杂离子自带的温敏特性，提出一种基于稀土离子荧光强度检测原理的铋铒共掺光纤点式温度传感器。