專利名稱：高靈敏度光纖漸逝波溫度傳感器及其熔錐型傳感用光纖耦合器制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明述及一種光纖溫度傳感器及其探頭制造方法，特別是一種高靈敏度光纖耦合漸逝度溫度傳感器及其熔錐型傳感用光纖耦合器制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，傳感器正朝著靈敏度高、準確度高、適應性強、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這方面，光纖傳感器倍受大家的青睞。光纖具有抗電磁干擾和原子輻射、徑細、重量輕、絕緣性好、耐水、耐腐蝕等優(yōu)異的特性，它不僅用于正常的溫度測量，更重要的是它可應用于一些特殊或惡劣環(huán)境溫度測量，如高壓、強電磁、核輻射等。它的傳感能力來自溫度對在光纖中傳播的光波的影響，目前的光纖溫度傳感器種類很多，主要有喇曼光纖溫度傳感器、黑體輻射溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器。國外很多領先公司及研究機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出以上類型的光纖溫度傳感器，包括APOLLO，BANNER，LUSINO，及與Fibercore合作的新興公司等。國內(nèi)也有很多高校做此方面的研究，如清華大學、北方交大、南開大學、武漢理工、東南大學等等，較之國外，國內(nèi)對于光纖溫度傳感器主要還在研究階段，商業(yè)化較少?，F(xiàn)有的光纖溫度傳感器，結(jié)構(gòu)較復雜，在抗干擾能力、靈敏度上還不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器及其熔錐型傳感用光纖耦合器制造方法，本光纖溫度傳感器結(jié)構(gòu)較簡單，具有高抗干擾能力和高靈敏度，其探頭制造方便，成本低。
為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是一個性能良好的光纖溫度傳感器應具備快速響應和高溫度分辨率，這也是溫度傳感器實現(xiàn)的難點問題。本發(fā)明從傳感機理入手，發(fā)明了一種新型的耦合式高靈敏度光纖漸逝波溫度傳感器，旨在從源頭上解決上述提出的難點問題。它基于光波耦合理論和光纖的漸逝波理論，利用熔錐型光纖耦合器作為光纖漸逝波溫度傳感元件，從而得到具有耦合效應的漸逝波。當包圍耦合器傳感頭錐區(qū)的溫度變化時，耦合器錐區(qū)的漸逝波因包層介質(zhì)的溫變特性改變光纖耦合器的耦合效應，從而使耦合器的分光比發(fā)生變化，這樣檢測分光比就能得到對應溫度的參數(shù)。由于利用耦合原理，測試的輸出信號是耦合器的分光比，所以它與光路的光強變化無關(guān)，有很強的抗干擾能力；由于耦合器的耦合效應對溫度變化非常敏感，所以該傳感器有很高的測試靈敏度。
根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器，包括光源(1)、探測器(3、4)和信號處理單元(5)，其特征在于采用熔錐型光纖耦合器(2)作為探頭，熔錐型光纖耦合器(2)的一根耦合光纖(20)熔錐區(qū)段的進口端和出口端分別通過光纖連接光源(1)和一個探測器(3)，而另一根耦合光纖(25)熔錐區(qū)段的進口端截止不接通光源而出口端通過光纖連接另一個探測器(4)；所述的兩個探測器(3、4)的輸出口連接信號處理單元(5)的兩個進口端；熔錐型光纖耦合器(2)在包圍其熔錐區(qū)段的溫度變化時，其漸逝場隨之發(fā)生相應變化，從而改變光纖耦器的耦合效應，使光纖耦合器的分光比發(fā)生變化；兩個探測器(3、4)將光纖耦合器輸出的兩道光信號轉(zhuǎn)換成電信號后輸入信號處理單元(5)，由分光比換算獲取溫度信息。
上述的熔錐型光纖耦合器(2)的結(jié)構(gòu)是由兩根耦合光纖(20、25)熔融拉錐成兩根光纖熔融的雙錐形耦合區(qū)段，其兩錐形以平滑弧形過渡，兩根耦合光纖(20、25)熔融拉錐后，其纖芯(21、26)和包層(22、27)同時被拉錐但仍保持兩包層(22、27)包住各自的纖芯(21、26)，使光纖耦合器(2)的兩根耦合光纖各有進口端和出口端；在雙錐形耦合區(qū)段外層敷有溫度敏感材料(28)，而使外形呈圓柱形狀，溫度敏感材料(28)外面有保護層(29)。
上述的熔錐型光纖耦合器(2)的雙錐形耦合區(qū)段中央錐區(qū)最小直徑為光纖纖芯直徑的5～9倍，雙錐形耦合區(qū)段的長度越長靈敏度越高，其拉伸長度為5～35mm。
一種上述的熔錐型傳感用光纖耦合器(2)制造方法，其步驟為(1)雙兩根光纖同時預熱，為減少應力，預時間要長，為2～5秒；(2)兩根預熱好的光纖疊合緩慢熔融拉錐，拉錐速度為(30～75um)×2/Sec，錐區(qū)最小直徑為纖芯直徑的5～9倍，其拉伸長度為5～35mm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本發(fā)明中采用熔錐型光纖耦合器作為溫度探頭，其錐區(qū)傳感周圍的溫度變化，改變其耦合效應，使其耦合器的分光比變化，從而由檢測器檢測分光比而由信號處理單元處理獲取對應的溫度參數(shù)。由于利用耦合原理，輸出信號是耦合器的分光比，它與光路的光強變化無關(guān)，所以有很強的抗干擾能力，其耦合效應對溫度變化非常敏感，所以溫度傳感器有很高的靈敏度。本發(fā)明的結(jié)簡單，熔錐型光纖耦合器制造容易，成本低。本發(fā)明適合于要求對溫度實行精確測定或控制的場合，例如工業(yè)制造、產(chǎn)品性能檢測、環(huán)境監(jiān)測、生物靈學及科學研究等諸多領域，并可實時、高靈敏度地溫度測量。


圖1是本發(fā)明的原理框圖。
圖2是熔錐型傳感用光纖耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是實驗測得的高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器的溫度和分光比對應關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例結(jié)合

如下參見圖1和圖2，本高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器包含有光纖1、探測器3、4和信號處理單元5，采用熔錐型傳感用光纖耦合器2作為探頭，探測器3、4和信號處理單元5，其特征在于采用熔錐型光纖耦合器2作為探頭，熔錐型傳感用光纖耦合器2的一根耦合光纖20熔錐區(qū)段的進口端和出口端分別通過光纖連接光源1和一個探測器3，而另一根耦合光纖25熔錐區(qū)段的進口端截止不接通光源而出口端通過光纖連接另一個探測器4；所述的兩個探測器3、4的輸出口連接信號處理單元5的兩個進口端；熔錐型光纖耦合器2在包圍其熔錐區(qū)段的溫度變化時，其漸逝場隨之發(fā)生相應變化，從而改變光纖耦器的耦合效應，使光纖耦合器的分光比發(fā)生變化；兩個探測器3、4將光纖耦合器輸出的兩道光信號轉(zhuǎn)換成電信號后輸入信號處理單元5，由分光比換算獲取溫度信息。上述的熔錐型傳感用光纖耦合器2的結(jié)構(gòu)是由兩根耦合光纖20、25熔融拉錐成兩根光纖熔融的雙錐形耦合區(qū)段，其兩錐形以平滑弧形過渡，兩根耦合光纖20、25熔融拉錐后，其纖芯21、26和包層22、27同時被拉錐但仍保持兩包層22、27包住各自的纖芯21、26，使光纖耦合器2的兩根耦合光纖各有進口端和出口端；在雙錐形耦合區(qū)段外層敷有溫度敏感材料28，而使外形呈圓柱形狀，溫度敏感材料28外面有保護層29。上述熔錐型傳感用光纖耦合器2的雙錐形耦合區(qū)段中央錐區(qū)最小直徑為光纖纖芯直徑的5～9倍，雙錐形耦合區(qū)段的長度越長靈敏度越高，其拉伸長度為5～35mm。
本高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器用的熔錐型傳感用光纖耦合器2的制造方法，其步驟為(1)雙兩根光纖同時預熱，為減少應力，預時間要長，為2～5秒；(2)兩根預熱好的光纖疊合緩慢熔融拉錐，拉錐速度為(30～75um)×2/Sec，錐區(qū)最小直徑為纖芯直徑的5～9倍，其拉伸長度為5～35mm。
圖3中示出本高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器實測獲得的溫度對分光比對應關(guān)系曲線。
權(quán)利要求
1.一種高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器，包括光源(1)、探測器(3、4)和信號處理單元(5)，其特征在于采用熔錐型光纖耦合器(2)作為探頭，熔錐型光纖耦合器(2)的一根耦合光纖(20)熔錐區(qū)段的進口端和出口端分別通過光纖連接光源(1)和一個探測器(3)，而另一根耦合光纖(25)熔錐區(qū)段的進口端截止不接通光源而出口端通過光纖連接另一個探測器(4)；所述的兩個探測器(3、4)的輸出口連接信號處理單元(5)的兩個進口端；熔錐型光纖耦合器(2)在包圍其熔錐區(qū)段的溫度變化時，其漸逝場隨之發(fā)生相應變化，從而改變光纖耦器的耦合效應，使光纖耦合器的分光比發(fā)生變化；兩個探測器(3、4)將光纖耦合器輸出的兩束光信號轉(zhuǎn)換成電信號后輸入信號處理單元(5)，由分光比換算獲取溫度信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度光纖耦合浙逝波溫度傳感器，其特征在于所述的熔錐型光纖耦合器(2)的結(jié)構(gòu)是由兩根耦合光纖(20、25)熔融拉錐成兩根光纖熔融的雙錐形耦合區(qū)段，其兩錐形以平滑弧形過渡，兩根耦合光纖(20、25)熔融拉錐后，其纖芯(21、26)和包層(22、27)同時被拉錐但仍保持兩包層(22、27)包住各自的纖芯(21、26)，使光纖耦合器(2)的兩根耦合光纖各有進口端和出口端；在雙錐形耦合區(qū)段外層敷有溫度敏感材料(28)，而使外形呈圓柱形狀，溫度敏感材料(28)外面有保護層(29)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器，其特征在于所述的熔錐型光纖耦合器(2)的雙錐形耦合區(qū)段中央錐區(qū)最小直徑為光纖纖芯直徑的5～9倍，雙錐形耦合區(qū)段的長度越長靈敏度越高，其拉伸長度為5～35mm。
4.一種用權(quán)利要求1所述高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器的熔錐型光纖耦合器(2)制造方法，其步驟為(1)雙兩根光纖同時預熱，為減少應力，預時間要長，為2～5秒；(2)兩根預熱好的光纖疊合緩慢熔融拉錐，拉錐速度為(30～75um)×2/Sec，錐區(qū)最小直徑為纖芯直徑的5～9倍，其拉伸長度為5～35mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高靈敏度光纖耦合漸逝波溫度傳感器及其熔錐型傳感用光纖耦合器制造方法。本溫度傳感器包括光源、探測器和信號處理單元，采用熔錐型光纖耦合器作為探頭，熔錐型光纖耦合器的一根耦合光纖熔錐區(qū)段的進口端和出口端分別通過光纖連接光源和一個探測器，而另一根耦合光纖熔錐區(qū)段的進口端截止不接通光源而出口端通過光纖連接另一個探測器，所述的兩個探測器的輸出口連接信號處理單元的兩個進口端。本發(fā)明溫度通過改變?nèi)坼F型傳感用光纖耦合器的輸出分光比變化，從而換算獲取溫度變化信息。熔錐型光纖耦合器由兩根光纖熔融拉錐制成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，靈敏度高，制造容易，成本低，適用于要求對溫度實行精確測定或控制的場合。
文檔編號G01K11/32GK1712916SQ200510026239
公開日2005年12月28日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者王廷云, 包華育, 王克新 申請人:上海大學