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      熒光光纖溫度傳感器光纖探頭及制備方法

      文檔序號(hào):5871930閱讀:191來(lái)源:國(guó)知局
      專(zhuān)利名稱(chēng):熒光光纖溫度傳感器光纖探頭及制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種光纖探頭及制備方法,具體涉及一種熒光光纖溫度傳感器光纖探 頭及制備方法,屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      現(xiàn)有的光纖測(cè)溫技術(shù)主要基于光反射、光吸收、光干涉、光散射、熱輻射等原理實(shí) 現(xiàn)。其中,基于光反射原理實(shí)現(xiàn)的光纖光柵溫度傳感器和光干涉原理實(shí)現(xiàn)的光纖法泊 溫度傳感器,都是基于波長(zhǎng)變化解調(diào)出溫度變化信息,光纖解調(diào)儀制造復(fù)雜,對(duì)所用分立器 件性能要求高,制造成本高,而且其傳感器本身受應(yīng)力等其它因素的影響也很大,需要比較 復(fù)雜的補(bǔ)償技術(shù)才能得到能實(shí)用的溫度信息。基于光纖拉曼散射的測(cè)溫技術(shù),綜合了 OTDR等技術(shù),技術(shù)難度更大,成本更高;基 于熱輻射技術(shù),適用于高溫測(cè)量,但其測(cè)量精度低,應(yīng)用領(lǐng)域很窄,通常只能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè) 量;基于光吸收技術(shù)的光纖測(cè)溫儀,測(cè)量誤差太大,測(cè)量可重復(fù)性差,受光強(qiáng)變化影響大,難 以實(shí)用。上述幾種類(lèi)型的光纖溫度傳感器,其傳輸信號(hào)多用的光纖材料,通常采用通信上 使用的單模光纖,工作溫度只能在-50 85°C,無(wú)法承受高溫,這就限制了其溫度測(cè)量范 圍,光纖探頭封裝通常采用金屬或陶瓷材料,封裝尺寸大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)狹小范圍區(qū)域的溫度測(cè) 量,更無(wú)法伸入被物體或設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)某一局部點(diǎn)的溫度測(cè)量。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明提出了一種熒光光纖溫度傳感器光纖探頭及其制備方法,該光纖探頭具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大,重復(fù)性好,使用壽命長(zhǎng),抗化學(xué)腐蝕、 抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的具體解決方案如下該熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,包括傳光光纖,傳光光纖一段通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂固 定設(shè)置于連接頭內(nèi),另一段設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi);設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi)的光纖端面上設(shè)置有反 射樹(shù)脂層,反射樹(shù)脂層上設(shè)置有熒光層;所述保護(hù)套管與連接頭之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂密封連 接。以上所述反射樹(shù)脂層采用具有抗?jié)B、導(dǎo)熱、耐高溫、耐久、透氣、耐老化、透明度高, 對(duì)光熱的吸收率低,對(duì)可見(jiàn)光具有穩(wěn)定性反射性能,反射率大于50%的樹(shù)脂,其中以硅酮樹(shù) 脂為佳。以上所述保護(hù)套管要求具有耐化學(xué)腐蝕,抗紫外輻射能力強(qiáng),高絕緣強(qiáng)度等特點(diǎn),具體可選用玻璃套管、熱縮套管、硅樹(shù)脂玻璃纖維套管、硅橡膠玻璃纖維套管、耐高溫套管、 PVC熱縮套管、鐵氟龍管、防火高溫套管、硅膠管、PVC套管、丙烯酸樹(shù)脂套管、聚四氟乙烯套 管或PET伸縮編織網(wǎng)管等;其中以黑色玻璃管為佳。
      以上所述傳光光纖是單根石英包層型傳輸光纖、一束多組份玻璃光纖或單根塑料 光纖。以上所述熒光層是稀土三基色熒光粉層、硫氧化釓鋱層或氟鍺酸鎂層。以上所述環(huán)氧樹(shù)脂要求具有純度高、粘度低、色澤淺、無(wú)毒無(wú)味,有優(yōu)良的粘合性, 耐化學(xué)腐蝕性及良好的電氣絕緣性能等特點(diǎn)。其中以采用353ND雙組份膠,混合比A B 為10 1為佳。以上所述連接頭要求具有良好的光學(xué)性能,適用于高密度應(yīng)用環(huán)境,可插拔次數(shù) 大于1000次,具體可選用ST光纖連接頭、SC光纖連接頭、FC光纖連接頭、LC光纖連接頭、 MU光纖連接頭或SMA905光纖連接頭等。該熒光光纖溫度傳感器光纖探頭的制備方法包括以下步驟
      1]將傳光光纖一端插入連接頭中并伸出,點(diǎn)膠固定;2]固定后,把從連接頭伸出的傳光光纖全部截?cái)?,并?duì)傳光光纖被截?cái)嗟亩嗣孢M(jìn) 行研磨拋光處理;3]在傳光光纖未插入連接頭的另一端面涂覆反射樹(shù)脂,形成反射樹(shù)脂層,在反射 樹(shù)脂層表面涂覆熒光粉,形成熒光層;4]將未插入連接頭內(nèi)的傳光光纖穿進(jìn)保護(hù)套管中,套管穿至連接頭處,與連接頭 之間涂覆環(huán)氧樹(shù)脂固定,保護(hù)套管靠近熒光層一側(cè)的端面與熒光層之間的垂直距離為5 IOmm;超出部分截?cái)啵?]對(duì)保護(hù)套管靠近熒光層一側(cè)進(jìn)行密封,形成熒光光纖溫度傳感器光纖探頭。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提出的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,可采用一束多組份玻璃光纖進(jìn)行信 號(hào)傳輸,外加聚四氟乙烯等保護(hù)套管,可實(shí)現(xiàn)耐高溫、易彎曲等特點(diǎn);也可采用單根石英光 纖,外加丙烯酸樹(shù)脂涂層,可實(shí)現(xiàn)耐高溫、細(xì)芯徑、制造簡(jiǎn)單等特點(diǎn);也可采用塑料光纖,可 實(shí)現(xiàn)常溫測(cè)量、細(xì)芯徑、低成本、制造簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本發(fā)明提出的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,光纖一端涂覆硅酮樹(shù)脂,可以有效 增加激發(fā)光的反射,更有利于反射信號(hào)的提取與處理。采用封口機(jī)或者黑色玻璃管進(jìn)行套 管端頭密封,可以有效保護(hù)熒光物質(zhì)傳感探頭,防止外界干擾光的影響,增加傳感探頭的使 用壽命和使用可靠性。


      圖1是一種采用一束多組份玻璃光纖制造的傳感器探頭示意圖;圖2是一種采用單根石英光纖制造的傳感器探頭示意圖;圖3是一種采用單根塑料光纖制造的傳感器探頭示意圖。
      具體實(shí)施例方式該熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,包括傳光光纖,傳光光纖是單根石英包層型傳 輸光纖、一束多組份玻璃光纖或單根塑料光纖。傳光光纖一段通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂固定設(shè)置于連接頭內(nèi),另一段設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi),連 接頭要求具有良好的光學(xué)性能,適用于高密度應(yīng)用環(huán)境,可插拔次數(shù)大于1000次,具體可選用ST光纖連接頭、SC光纖連接頭、FC光纖連接頭、LC光纖連接頭、MU光纖連接頭或 SMA905光纖連接頭等。保護(hù)套管要求具有耐化學(xué)腐蝕,抗紫外輻射能力強(qiáng),高絕緣強(qiáng)度等特點(diǎn),具體可選 用玻璃套管、熱縮套管、硅樹(shù)脂玻璃纖維套管、硅橡膠玻璃纖維套管、耐高溫套管、PVC熱縮 套管、鐵氟龍管、防火高溫套管、硅膠管、PVC套管、丙烯酸樹(shù)脂套管、聚四氟乙烯套管或PET 伸縮編織網(wǎng)管等;其中以黑色玻璃管為佳。
      設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi)的光纖端面上設(shè)置有反射樹(shù)脂層,反射樹(shù)脂層采用具有抗?jié)B、 導(dǎo)熱、耐高溫、耐久、透氣、耐老化、透明度高,對(duì)光熱的吸收率低,對(duì)可見(jiàn)光具有穩(wěn)定性反射 性能,反射率大于50%的樹(shù)脂,其中以硅酮樹(shù)脂為佳。反射樹(shù)脂層上設(shè)置有熒光層,熒光層是稀土三基色熒光粉層、硫氧化釓鋱層或氟 鍺酸鎂層。保護(hù)套管與連接頭之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂密封連接。環(huán)氧樹(shù)脂要求具有純度高、粘度 低、色澤淺、無(wú)毒無(wú)味,有優(yōu)良的粘合性,耐化學(xué)腐蝕性及良好的電氣絕緣性能等特點(diǎn)。實(shí)際 生產(chǎn)中多采用353ND雙組份膠,混合比A B為10 1。該熒光光纖溫度傳感器光纖探頭的制備方法包括以下步驟1]將傳光光纖一端插入連接頭中并伸出,點(diǎn)膠固定;2]固定后,把從連接頭伸出的傳光光纖全部截?cái)?,并?duì)傳光光纖被截?cái)嗟亩嗣孢M(jìn) 行研磨拋光處理;3]在傳光光纖未插入連接頭的另一端面涂覆反射樹(shù)脂,形成反射樹(shù)脂層,在反射 樹(shù)脂層表面涂覆熒光粉,形成熒光層;4]將未插入連接頭內(nèi)的傳光光纖穿進(jìn)保護(hù)套管中,套管穿至連接頭處,與連接頭 之間涂覆環(huán)氧樹(shù)脂固定,保護(hù)套管靠近熒光層一側(cè)的端面與熒光層之間的垂直距離為5 10mm。超出部分截?cái)啵?]對(duì)保護(hù)套管靠近熒光層一側(cè)進(jìn)行密封,形成熒光光纖溫度傳感器光纖探頭。采 用封口機(jī)或者黑色玻璃管進(jìn)行套管端頭密封,可以有效保護(hù)熒光物質(zhì)傳感探頭,防止外界 干擾光的影響,增加傳感探頭的使用壽命和使用可靠性。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1 本實(shí)施例采用一束多組份玻璃光纖束101,一束約包含10 1000根單根玻璃光 纖,單根玻璃光纖芯徑20 50 μ m,數(shù)值孔徑0. 3 0. 8,長(zhǎng)度0 100m,光纖束101外套 聚四氟乙烯管103,光纖束101 —端加連接頭102,用膠固定,研磨拋光,光纖束101另一端 涂覆粘接硅酮樹(shù)脂104,在硅酮樹(shù)脂104表面涂熒光粉105。熒光粉105 —端套管略長(zhǎng)5 IOmm處截?cái)嗵坠?。用封口機(jī)把涂熒光粉105—端套管密封住。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于,采用 一束多芯玻璃光纖,可以耐高溫,耐彎曲,解調(diào)信號(hào)不受單根或幾根光纖斷裂的影響。實(shí)施例2 本實(shí)施例采用一根石英光纖201,石英光纖201芯徑200 400 μ m,數(shù)值孔徑 0. 1 0. 3,長(zhǎng)度0 100m,石英光纖201外涂覆丙烯酸樹(shù)脂206,涂覆后外徑0. 6 0. 8mm, 一端加連接頭202,用膠固定,研磨拋光,另一端剝掉涂覆層約5mm,對(duì)光纖端面進(jìn)行研磨拋 光處理,在光纖端面上粘接硅酮樹(shù)脂204,在硅酮樹(shù)脂204表面涂熒光粉205。在剝掉涂覆層的光纖周?chē)c(diǎn)353ND膠或其它環(huán)氧樹(shù)脂,插入內(nèi)徑0. 6 1. 0mm、外徑0. 8 1. 5mm的黑 色玻璃管203,黑色玻璃管203 —端封口。在本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于,采用一根石英光纖,容易 加工,可以耐高溫,采用黑色玻璃管封裝熒光探頭,解調(diào)信號(hào)不受外界光干擾的影響。實(shí)施例3 本實(shí)施例采用一根塑料光纖301,塑料光纖301纖芯徑0. 25 1mm,數(shù)值孔徑 0. 3 0.6,長(zhǎng)度0 100m,光纖束外套聚四氟乙烯管303,光纖一端加連接頭302,用膠固 定,研磨拋光,光纖另一端粘接硅酮樹(shù)脂304,在硅酮樹(shù)脂304表面涂熒光粉305。熒光粉 305 —端套管略長(zhǎng)5 IOmm處截?cái)嗵坠?。用封口機(jī)把涂熒光粉305 —端套管密封住。本實(shí) 施例的優(yōu)點(diǎn)在于,采用一根塑料光纖,可以耐彎曲,使用方便,不易折斷,且制造成本低。
      權(quán)利要求
      一種熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,包括傳光光纖,其特征在于所述傳光光纖一段通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂固定設(shè)置于連接頭內(nèi),另一段設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi);設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi)的光纖端面上設(shè)置有反射樹(shù)脂層,反射樹(shù)脂層上設(shè)置有熒光層;所述保護(hù)套管與連接頭之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂密封連接。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述反射樹(shù)脂 層是反射率大于50%的樹(shù)脂涂層。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述保護(hù) 套管是玻璃套管、熱縮套管、硅樹(shù)脂玻璃纖維套管、硅橡膠玻璃纖維套管、耐高溫套管、PVC 熱縮套管、鐵氟龍管、防火高溫套管、硅膠管、PVC套管、丙烯酸樹(shù)脂套管、聚四氟乙烯套管或 PET伸縮編織網(wǎng)管。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述反射樹(shù)脂 是硅酮樹(shù)脂。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述保護(hù)套管 是黑色玻璃管。
      6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述傳光光纖 是單根石英包層型傳輸光纖、一束多組份玻璃光纖或單根塑料光纖。
      7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述熒光層是 三基色熒光層或氟鍺酸鎂層。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述環(huán)氧樹(shù)脂 采用353ND雙組份膠,混合比A B為10 1。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,其特征在于所述連接頭是 ST光纖連接頭、SC光纖連接頭、FC光纖連接頭、LC光纖連接頭、MU光纖連接頭或SMA905光 纖連接頭。
      10.一種權(quán)利要求1至9任一所述的熒光光纖溫度傳感器光纖探頭的制備方法,其特征 在于,包括以下步驟1]將傳光光纖一端插入連接頭中并伸出,點(diǎn)膠固定;2]固定后,把從連接頭伸出的傳光光纖全部截?cái)?,并?duì)傳光光纖被截?cái)嗟亩嗣孢M(jìn)行研 磨拋光處理;3]在傳光光纖未插入連接頭的另一端面涂覆反射樹(shù)脂,形成反射樹(shù)脂層,在反射樹(shù)脂 層表面涂覆熒光粉,形成熒光層;4]將未插入連接頭內(nèi)的傳光光纖穿進(jìn)保護(hù)套管中,套管穿至連接頭處,與連接頭之 間涂覆環(huán)氧樹(shù)脂固定,保護(hù)套管靠近熒光層一側(cè)的端面與熒光層之間的垂直距離為5 10mm,超出部分截?cái)啵?]對(duì)保護(hù)套管靠近熒光層一側(cè)進(jìn)行密封,形成熒光光纖溫度傳感器光纖探頭。
      全文摘要
      本發(fā)明提出了一種熒光光纖溫度傳感器光纖探頭及制備方法,該光纖探頭具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大,重復(fù)性好,使用壽命長(zhǎng),抗化學(xué)腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。該熒光光纖溫度傳感器光纖探頭,包括傳光光纖,傳光光纖一段通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂固定設(shè)置于連接頭內(nèi),另一段設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi);設(shè)置于保護(hù)套管內(nèi)的光纖端面上設(shè)置有反射樹(shù)脂層,反射樹(shù)脂層上設(shè)置有熒光層;保護(hù)套管與連接頭之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂密封連接。
      文檔編號(hào)G01K11/32GK101825500SQ201010176299
      公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
      發(fā)明者張文松, 朱香平, 趙衛(wèi) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
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