一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光纖傳感領(lǐng)域，設(shè)及一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳 感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的溫度傳感器具有采集精度低，易受電磁干擾，穩(wěn)定性差，不能再惡劣的工作 環(huán)境里進(jìn)行檢測(cè)，而光纖光柵傳感器具有傳統(tǒng)溫度傳感器所不具有的優(yōu)點(diǎn)，如傳感探頭結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，質(zhì)量輕，外形可變，適于范圍廣，抗電磁干擾，電絕緣，耐腐蝕，本質(zhì)安全；耐 久性好，化學(xué)性能極其穩(wěn)定，適合在高溫、化學(xué)侵蝕等惡劣環(huán)境中使用；光纖光柵會(huì)受周?chē)?溫度的變化而導(dǎo)致波長(zhǎng)的變化，所W光纖光柵溫度傳感器正是應(yīng)用光柵的特點(diǎn)而制作的溫 度傳感器。但受本身材質(zhì)所限，光纖光柵溫度傳感器的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)溫度傳感器響應(yīng)速 度要慢，使得運(yùn)些應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)法使用光纖光柵溫度傳感器。另由于光纖光柵本身靈敏度較 低，對(duì)于一般的解調(diào)儀器來(lái)說(shuō)要求較高，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限，應(yīng)用成本提高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型提供一種響應(yīng)速度極快的高靈敏度溫度傳感器，克服了現(xiàn)有光纖光柵 溫度傳感器的響應(yīng)速度低，靈敏度差的問(wèn)題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 陽(yáng)0化]一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個(gè)帶有開(kāi)口的圓柱形筒 狀的感溫金屬外殼，感溫金屬外殼內(nèi)有一根光纖，光纖中部有一段光纖光柵，感溫金屬外殼 內(nèi)有溫度增敏器件，感溫金屬外殼與溫度增敏器件之間充滿(mǎn)有熱傳導(dǎo)介質(zhì)，其特征在于，溫 度增敏器件為一個(gè)長(zhǎng)度小于光纖的長(zhǎng)度的圓柱體金屬棒，沿圓柱體金屬棒的軸向有一個(gè)通 槽，將光纖帶有光纖光柵的一段固定在圓柱體金屬棒的軸向的通槽內(nèi)，光纖伸出圓柱體金 屬棒之外的一段伸入到導(dǎo)熱介質(zhì)中，一個(gè)固定堵頭堵住感溫金屬外殼的開(kāi)口處并用防水膠 密封，用于保護(hù)在感溫金屬外殼的內(nèi)部的光纖部分；
[0006] 進(jìn)一步的技術(shù)方案包括：
[0007] 所述的圓柱體金屬棒為紫銅材質(zhì)；
[0008] 所述的圓柱體金屬棒的尺寸為直徑2mm，長(zhǎng)度13mm，沿圓柱體金屬棒軸向的通槽 的直徑為0. 3mm;
[0009] 所述的熱傳導(dǎo)介質(zhì)似為導(dǎo)熱娃脂；
[0010] 所述的感溫金屬外殼（1)直徑為4mm，長(zhǎng)度為15mm。 W11] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是：
[0012] 目前普通的光纖光柵溫度傳感器的靈敏度較低，使得運(yùn)些應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)法使用光纖 光柵溫度傳感器。本實(shí)用新型選用金屬材料選擇紫銅棒作為溫度增敏器件，利用其較大的 熱膨脹系數(shù)對(duì)光纖光柵施加一個(gè)軸向的拉伸，達(dá)到增敏效果，本實(shí)用新型的。
[0013] 目前普通的光纖光柵溫度傳感器，響應(yīng)速度較低，無(wú)法滿(mǎn)足高精度的溫度測(cè)量。本 實(shí)用新型使用導(dǎo)熱娃脂作為熱傳導(dǎo)介質(zhì)，一方面通過(guò)填充導(dǎo)熱娃脂提高溫度響應(yīng)速度，另 一方面防止溫度增敏器件受到外力的影響，因?yàn)楣饫w光柵的力敏感特性，對(duì)于使用過(guò)程中 的撞擊或者晃動(dòng)會(huì)引起光纖光柵的波長(zhǎng)改變，從而造成測(cè)量誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本實(shí)用新型所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的結(jié) 構(gòu)不意圖；
[0015] 圖2為本實(shí)用新型所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器中的 溫度增敏器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3為本實(shí)用新型所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的溫 度增敏效果測(cè)試圖；
[0017] 圖4為本實(shí)用新型所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器的響 應(yīng)速度測(cè)試圖。
[0018] 圖中：1、感溫金屬外殼，2、熱傳導(dǎo)介質(zhì)，3、溫度增敏器件，4、光纖光柵，5、光纖，6、 固定堵頭。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述：
[0020] 一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個(gè)帶有開(kāi)口的圓柱形筒 狀的感溫金屬外殼1，感溫金屬外殼1內(nèi)有一根光纖5,光纖5中部有一段光纖光柵4,感溫 金屬外殼1內(nèi)有溫度增敏器件3,感溫金屬外殼1與溫度增敏器件3之間充滿(mǎn)有熱傳導(dǎo)介質(zhì) 2,溫度增敏器件3為一個(gè)長(zhǎng)度小于光纖5的長(zhǎng)度的圓柱體金屬棒，沿圓柱體金屬棒的軸向 有一個(gè)通槽，將光纖5帶有光纖光柵4的一段固定在圓柱體金屬棒的軸向的通槽內(nèi)，光纖5 伸出圓柱體金屬棒之外的一段伸入到導(dǎo)熱介質(zhì)2中，一個(gè)固定堵頭6堵住感溫金屬外殼1 的開(kāi)口處并用防水膠密封，用于保護(hù)在感溫金屬外殼1的內(nèi)部的光纖5部分。采用固化娃 橡膠在圓柱體金屬棒兩側(cè)對(duì)光纖5進(jìn)行固定，再利用熱固化環(huán)氧樹(shù)脂膠對(duì)光柵4部分進(jìn)行 固定。所述的感溫金屬外殼1直徑為4mm，長(zhǎng)度為15mm。圓柱體金屬棒為紫銅材質(zhì)，圓柱體 金屬棒的尺寸為直徑2mm，長(zhǎng)度13mm，沿圓柱體金屬棒軸向的通槽的直徑為0. 3mm，所述的 熱傳導(dǎo)介質(zhì)2為導(dǎo)熱娃脂。
[0021] 本實(shí)用新型所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器工作原理：
[0022] 本實(shí)用新型提供了響應(yīng)速度極快的高靈敏度溫度傳感器。高靈敏度體現(xiàn)在由于 將光纖光柵與金屬棒貼合在一起，金屬幫的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的熱膨脹系數(shù)，即在 相同溫度變化情況下，金屬因溫度上升的伸長(zhǎng)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖的伸長(zhǎng)量，光纖埋入與金 屬相連的膠中后，會(huì)隨著金屬一并拉伸，所W當(dāng)金屬因很小的溫度變化而拉伸時(shí)，光纖也 會(huì)隨著金屬一并拉伸，起到增敏效果。即
增敏后的溫度傳感器與 增敏前的溫度傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖3可見(jiàn)，普通的溫度傳感器標(biāo)定曲線為AA= 9. 127AT+161. 955,增敏后的溫度傳感器標(biāo)定曲線為AA= 32. 303AT+616. 55。因此通過(guò) 將光柵封裝在增敏器件上，光柵的溫度敏感系數(shù)由W前的9. 127pm/°C，提高至32. 3pm/°C， 提高了 3. 5倍。
[0023] 高響應(yīng)速度的保證：為了確保極高的響應(yīng)速度本品采用尺寸極小的金屬鋼管做感 溫金屬外殼，尺寸僅僅為直徑4mm，長(zhǎng)度15mm，比常規(guī)光纖光柵溫度傳感器從體積上減小了 3倍W上，通過(guò)縮小體積減小熱容，達(dá)到外界感溫的高響應(yīng)速度，內(nèi)部高響應(yīng)速度是通過(guò)填 充在感溫金屬外殼和溫度增敏器件中間的熱傳導(dǎo)介質(zhì)導(dǎo)熱娃脂來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)證明導(dǎo)熱娃 脂對(duì)于熱傳導(dǎo)有著極高的效率。本品通過(guò)兩次效率極高的溫度傳遞將外界溫度用最短的時(shí) 間傳遞至光纖光柵，實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)。
[0024] 對(duì)比實(shí)驗(yàn)采用普通未增敏的溫度傳感器與本品進(jìn)行溫度響應(yīng)速度的對(duì)比，實(shí)驗(yàn)方 法：將兩只傳感器置于溫度穩(wěn)定相同的環(huán)境下，將水域恒溫槽升溫至60度穩(wěn)定后，兩只傳 感器同時(shí)放進(jìn)水域恒溫槽內(nèi)，間隔IOOms保存數(shù)據(jù)。
[00巧]如圖4所示，本品經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的高響應(yīng)速度光纖光柵溫度傳感器僅僅用了不到 3s就達(dá)到了 60度溫差的溫度穩(wěn)定，普通光纖光柵溫度傳感器則用了近8s才達(dá)到溫度穩(wěn)定， 速度提高了近3倍，對(duì)于一些要求相應(yīng)速度快的場(chǎng)合有著很大的意義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個(gè)帶有開(kāi)口的圓柱形筒狀 的感溫金屬外殼（1)，感溫金屬外殼（1)內(nèi)有一根光纖（5)，光纖（5)中部有一段光纖光柵 (4)，感溫金屬外殼（1)內(nèi)有溫度增敏器件（3)，感溫金屬外殼（1)與溫度增敏器件（3)之間 充滿(mǎn)有熱傳導(dǎo)介質(zhì)（2)，其特征在于，溫度增敏器件（3)為一個(gè)長(zhǎng)度小于光纖（5)的長(zhǎng)度的 圓柱體金屬棒，沿圓柱體金屬棒的軸向有一個(gè)通槽，將光纖（5)帶有光纖光柵（4)的一段固 定在圓柱體金屬棒的軸向的通槽內(nèi)，光纖（5)伸出圓柱體金屬棒之外的一段伸入到導(dǎo)熱介 質(zhì)（2)中，一個(gè)固定堵頭（6)堵住感溫金屬外殼（1)的開(kāi)口處并用防水膠密封，用于保護(hù)在 感溫金屬外殼（1)的內(nèi)部的光纖（5)部分。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特征在 于，所述的圓柱體金屬棒為紫銅材質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感 器，其特征在于，所述的圓柱體金屬棒的尺寸為直徑2mm，長(zhǎng)度13mm，沿圓柱體金屬棒軸向 的通槽的直徑為0. 3mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特征在 于，所述的熱傳導(dǎo)介質(zhì)（2)為導(dǎo)熱硅脂。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，其特征在 于，所述的感溫金屬外殼（1)直徑為4_，長(zhǎng)度為15mm。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種響應(yīng)速度快的高靈敏度光纖光柵溫度傳感器，包括一個(gè)帶有開(kāi)口的圓柱形筒狀的感溫金屬外殼，感溫金屬外殼內(nèi)有一根光纖，光纖中部有一段光柵，感溫金屬外殼內(nèi)有溫度增敏器件，感溫金屬外殼與溫度增敏器件之間充滿(mǎn)有熱傳導(dǎo)介質(zhì)，其特征在于，溫度增敏器件為一個(gè)長(zhǎng)度小于光纖的長(zhǎng)度的圓柱體金屬棒，沿圓柱體金屬棒的軸向有一個(gè)通槽，將光纖帶有光柵的一段固定在圓柱體金屬棒的軸向的通槽內(nèi)，光纖伸出圓柱體金屬棒之外的一段伸入到導(dǎo)熱介質(zhì)中，一個(gè)固定堵頭堵住感溫金屬外殼的開(kāi)口處并用防水膠密封，用于將光纖保護(hù)在感溫金屬外殼的內(nèi)部。本實(shí)用新型體積小、響應(yīng)速度快、靈敏度高，工作效果佳。
【IPC分類(lèi)】G01K1/16, G01K11/32
【公開(kāi)號(hào)】CN204855020
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520512646
【發(fā)明人】張?zhí)扈? 林君, 張義鑫
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年7月16日