基于液體封裝的光纖fp腔溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器。該傳感器包括單模光纖以及折射率液，其特征在于：?jiǎn)文９饫w內(nèi)有一個(gè)球型腔，形成一個(gè)FP干涉儀，并且在球型腔側(cè)方上有一個(gè)小孔，使其與外部連通；所述的干涉儀封裝在折射率液中，使折射率液充滿球型腔。當(dāng)外界的溫度發(fā)生改變時(shí)，由于折射率液的熱膨脹系數(shù)較小，由此引發(fā)的改變可以忽略不計(jì)，故主要作用為熱光效應(yīng)，引起FP干涉儀腔內(nèi)液體折射率的改變，進(jìn)一步導(dǎo)致該干涉儀的反射譜發(fā)生漂移，該反射光譜波長(zhǎng)漂移量的大小與溫度的大存在相關(guān)關(guān)系，因而通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)漂移量，可以實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。
【專利說(shuō)明】
基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖測(cè)溫是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一口新興測(cè)溫技術(shù)，與傳統(tǒng)的溫度傳感器相 比具有很多優(yōu)點(diǎn)光波不產(chǎn)生電磁干擾，也不怕電磁干擾，易被各種光探測(cè)器件接收，可方便 地進(jìn)行光電或電光轉(zhuǎn)換，易與高度發(fā)展的現(xiàn)代電子裝置和計(jì)算機(jī)相匹配，光纖工作頻率寬， 動(dòng)態(tài)范圍大，是一種低損耗傳輸線，光纖本身不帶電，體積小質(zhì)量輕，易彎曲，抗福射性能 好，特別適合于易燃、易爆、空間受嚴(yán)格限制及強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。國(guó)外一些發(fā) 達(dá)國(guó)家對(duì)光纖溫度傳感技術(shù)的應(yīng)用研究已取得豐富成果，不少光纖溫度傳感器系統(tǒng)已實(shí)用 化，成為替代傳統(tǒng)溫度傳感器的商品。所有與溫度相關(guān)的光學(xué)現(xiàn)象或特性，本質(zhì)上都可W用 于溫度測(cè)量，基于此，用于溫度測(cè)量的現(xiàn)有光學(xué)技術(shù)相當(dāng)豐富。
[0003] 在油藏工業(yè)中，對(duì)產(chǎn)油井溫度的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)式監(jiān)測(cè)，是提高油氣產(chǎn)量的重要措施之 一。為了提高石油產(chǎn)量，需要對(duì)油井注入高溫蒸汽，由于傳統(tǒng)的電子式溫度傳感器有輸出信 號(hào)弱，在高溫環(huán)境下易受電磁干擾，不能滿足測(cè)量的需要。分布式光纖光柵溫度傳感器，采 用的封裝結(jié)構(gòu)是:將光柵兩端的尾纖部分分別彎曲后封裝在半毛細(xì)金屬管上，再將半毛細(xì) 金屬管套裝在金屬管內(nèi)部，靈敏度高，金屬管軸向可隨意伸縮;但其易受電磁干擾，無(wú)法在 惡劣環(huán)境下測(cè)量。而一種基于選擇性滲透的光子晶體光纖溫度傳感器，運(yùn)類傳感器靈敏度 高，然而制造工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于液體封裝的光纖FP腔 溫度傳感器。該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于制造、操作可靠 W及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器，該傳感 器包括單模光纖W及折射率液，其特征在于：?jiǎn)文９饫w內(nèi)有一個(gè)球型腔，形成一個(gè)FP干設(shè) 儀，并且在球型腔側(cè)方上有一個(gè)小孔，使其與外部連通;所述的干設(shè)儀封裝在折射率液中， 使折射率液充滿球型腔。進(jìn)一步，所述的單模光纖均為通信用單模光纖，其包層直徑為125 微米;所述的球型腔的直徑為50-70微米;所述的小孔直徑為30-50微米;所述的折射率液的 折射率為1.30-1.40，熱光系數(shù)大于0.0003/°C。
[0006] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0007] 1)傳感器由單模光纖組成，制備過(guò)程中只需使用飛秒激光器和普通商用光纖烙接 機(jī)，具有成本低、制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[000引2)傳感器尺寸小，全長(zhǎng)不超過(guò)1毫米，因此所述傳感器具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí) 方便在狹小空間使用。
[0009] 3)該傳感器利用液體的熱光效應(yīng)，能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量溫度值。
【附圖說(shuō)明】

[0010] 下面結(jié)合附圖及具體方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：
[0012] 1.單模光纖，2.小孔，3.球型腔，4.折射率液
【具體實(shí)施方式】
[0013] 如圖1，制備傳感器的步驟為:第一步，將單模光纖端面切平滑。第二步，用飛秒激 光器在該平滑端面中屯、鉆一個(gè)凹孔，其直徑為0.5-1.5微米。第S步，將上述制造的光纖頭 與另一截單模光纖烙接，形成一個(gè)球型腔，其直徑為50-70微米。第四步，使用飛秒激光器在 球型腔側(cè)方上打開(kāi)一個(gè)小孔，使其與外部連通，并且該小孔的直徑為30-50微米。第五步，將 上述干設(shè)儀封裝在折射率液中，使折射率液充滿球型腔。
[0014] 本實(shí)用新型的具體工作原理是:光束在球型腔的兩個(gè)端面分別發(fā)生反射，因其經(jīng) 歷的光程差異，故產(chǎn)生相位差，發(fā)生干設(shè)，干設(shè)光強(qiáng)可W表示為：
[0015]
[0016] 其中兩端面的反射光強(qiáng)分別為Ii與l2，A為入射光波長(zhǎng)，，0為初始相位。
[0017] 兩個(gè)端面反射光的相位差滿足如下條件：
[001 引
[0019] 其中m為整數(shù)，Am為m次干設(shè)后的波長(zhǎng)。
[0020] 由h古巧得出該朵紳FP午誡化的媼度靈敏度：
[0021；
[0022] 其中drVdT為折射率液的熱光系數(shù)，化/肌為折射率液的熱膨脹系數(shù)。
[0023] 當(dāng)外界的溫度發(fā)生改變時(shí)，由于折射率液的熱膨脹系數(shù)較小，由此引發(fā)的改變可 W忽略不計(jì)，故主要作用為熱光效應(yīng)，引起FP干設(shè)儀腔內(nèi)液體折射率的改變，進(jìn)一步導(dǎo)致該 干設(shè)儀的反射譜發(fā)生漂移，該反射光譜波長(zhǎng)漂移量的大小與溫度的大存在相關(guān)關(guān)系，因而 通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)漂移量，可W實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器，包括單模光纖（1)以及折射率液(4)，其特征 在于:單模光纖內(nèi)有一個(gè)球型腔(3)，形成一個(gè)FP干涉儀，并且在球型腔(3)側(cè)方上有一個(gè)小 孔(2 )，使其與外部連通;所述的干涉儀封裝在折射率液(4)中，使折射率液(4)充滿球型腔 ⑶。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器，其特征在于:所述的單 模光纖(1)均為通信用單模光纖，其包層直徑為125微米。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器，其特征在于:所述的小 孔(2)直徑為30-50微米。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器，其特征在于:所述的球 型腔(3)的直徑為50-70微米。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液體封裝的光纖FP腔溫度傳感器，其特征在于:所述的折 射率液(4)的折射率為1.30-1.40，其熱光系數(shù)大于0.0003/°C。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK205691261SQ201620647347
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日 公開(kāi)號(hào)201620647347.X, CN 201620647347, CN 205691261 U, CN 205691261U, CN-U-205691261, CN201620647347, CN201620647347.X, CN205691261 U, CN205691261U
【發(fā)明人】楊易, 黃杰, 徐賁, 王東寧
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量大學(xué)