本實(shí)用新型涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀氣體折射率傳感器。

背景技術(shù)：

折射率是描述氣體的一項(xiàng)重要參數(shù)，可以反映氣體的濃度、色散等特性。精密測(cè)量氣體的折射率在光學(xué)儀器、激光技術(shù)和高能物理等方面都有重要的意義?；趥鹘y(tǒng)光學(xué)干涉儀的氣體折射率測(cè)量存在測(cè)量儀器體積龐大、精度低、不易操作等問題。

光纖傳感器具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、抗電磁干擾、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在氣體折射率測(cè)量方面被廣泛開發(fā)利用。目前，光纖琺珀氣體折射率傳感器的研究較多，該類型的傳感器靈敏度基本相同，但由于結(jié)構(gòu)、材料等原因，傳感器的溫度漂移相對(duì)于響應(yīng)靈敏度比較大，限制了該種類型傳感器在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀氣體折射率傳感器，通過溫度補(bǔ)償，傳感器的溫度漂移極低，理論上可以達(dá)到零或負(fù)溫度漂移；而且傳感器耐高溫性能好、加工方法簡單、成本低，適于高溫環(huán)境下應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為：

一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀氣體折射率傳感器，包括光纖、石英連接管和石英毛細(xì)管，光纖一端插入石英連接管一端，石英毛細(xì)管的一端插入石英連接 管另一端，光纖和石英毛細(xì)管之間形成琺珀腔氣室；光纖與石英連接管一端通過熔接點(diǎn)熔接，石英連接管另一端通過熔接點(diǎn)與石英毛細(xì)管熔接；所述石英毛細(xì)管的內(nèi)徑小于光纖的纖芯直徑；所述石英毛細(xì)管外端面通過氫氟酸溶液腐蝕、激光刻蝕等方法進(jìn)行粗糙化處理；為實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償效果，所述光纖內(nèi)端面及石英毛細(xì)管內(nèi)端面距離熔接點(diǎn)的長度和與氣室長度的比值根據(jù)光纖和石英毛細(xì)管材料的熱膨脹系數(shù)變化而變化。

作為優(yōu)選，所述光纖為單模光纖、多模光纖或其他種類的光纖。

作為優(yōu)選，所述石英毛細(xì)管可替換為雙孔光纖、邊孔光纖、光子晶體光纖等其他種類光纖。

作為優(yōu)選，光纖內(nèi)端面及石英毛細(xì)管內(nèi)端面距離熔接點(diǎn)的長度和大于琺珀腔氣室的長度，具體比值根據(jù)光纖和石英毛細(xì)管的熱膨脹系數(shù)不同而變化。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

通過溫度補(bǔ)償，降低了光纖琺珀氣體折射率傳感器的溫度漂移，使傳感器可以應(yīng)用于高溫環(huán)境下的折射率測(cè)試；信號(hào)耦合情況好，靈敏度高；所得光纖琺珀氣體折射率傳感器采用全石英結(jié)構(gòu)，具有良好的耐高溫性能，適于高溫環(huán)境下應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀氣體折射率傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀氣體折 射率傳感器，包括光纖1、石英連接管3和石英毛細(xì)管5，光纖1一端插入石英連接管3一端，石英毛細(xì)管5的一端插入石英連接管3另一端，光纖1和石英毛細(xì)管5之間形成琺珀腔氣室4；光纖1與石英連接管3一端通過熔接點(diǎn)2熔接，石英連接管3另一端通過熔接點(diǎn)2與石英毛細(xì)管5熔接；所述石英毛細(xì)管5的內(nèi)徑小于光纖1的纖芯直徑；所述石英毛細(xì)管5外端面通過氫氟酸溶液腐蝕、激光刻蝕等方法進(jìn)行粗糙化處理；為實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償效果，光纖1內(nèi)端面及石英毛細(xì)管5內(nèi)端面距離熔接點(diǎn)2的長度和大于琺珀腔氣室4的長度，比值根據(jù)光纖材料及石英毛細(xì)管的熱膨脹系數(shù)變化而變化。

所述光纖1為單模光纖、多模光纖或其他種類的光纖。

所述石英毛細(xì)管5可替換為雙孔光纖、邊孔光纖以及光子晶體光纖等其他種類的光纖。

光纖內(nèi)端面及石英毛細(xì)管內(nèi)端面距離熔接點(diǎn)2的長度和大于琺珀腔氣室4的長度，具體比值根據(jù)光纖1和石英毛細(xì)管5的熱膨脹系數(shù)不同而變化

上述溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀氣體折射率傳感器通過以下步驟制作：

S1、將光纖1和石英連接管3兩端切平，然后利用光纖熔接機(jī)的手動(dòng)模式將光纖1插入石英連接管3中；

S2、在石英連接管3端部放電，使光纖1與石英連接管3熔接固定，利用光纖熔接機(jī)的步進(jìn)電機(jī)記錄光纖1端面至熔接點(diǎn)2之間的距離；

S3、利用光纖切割刀在距離光纖1端面適當(dāng)長度處將石英連接管3切斷；

S4、將端面切平的石英毛細(xì)管5相對(duì)地插入石英連接管3中，控制并記錄石英毛細(xì)管內(nèi)5端面與光纖1內(nèi)端面的距離即琺珀腔氣室4的長度，并將石英毛細(xì)管5和石英連接管3熔接在一起，使光纖1內(nèi)端面及石英毛細(xì)管內(nèi)端面距離熔接點(diǎn)2的長度和大于琺珀腔氣室4的長度，具體比值根據(jù)光纖和石英毛細(xì)管的熱膨脹系數(shù)不同而變化；

S5、保留適當(dāng)長度的石英毛細(xì)管5，利用光纖切割刀將石英毛細(xì)管5切斷；

S6、將石英毛細(xì)管5進(jìn)行粗糙處理。其中，步驟S6中石英毛細(xì)管外端面 的粗糙化方法可以使用飛秒激光等其他方法，所示石英連接管與光纖和石英毛細(xì)管的熔接可以采用激光等其他高溫?zé)嵩础?/p>

本具體實(shí)施的原理為：光在光纖中傳播時(shí)，在光纖1內(nèi)端面以及毛細(xì)石英管5內(nèi)表面反射，兩部分反射光形成干涉信號(hào)。當(dāng)外界氣體的折射率因?yàn)闈舛取囟鹊仍虬l(fā)生變化時(shí)，氣室內(nèi)的氣體折射率也發(fā)生相應(yīng)變化，從而引起干涉光譜變化。通過解調(diào)干涉光譜，可以得知外界氣體折射率的變化。由于石英的熱膨脹系數(shù)為5.5×10^-6/℃，而光纖由于在纖芯摻雜鍺等元素?zé)崤蛎浵禂?shù)略大于石英熱膨脹系數(shù)，當(dāng)光纖長度與氣室長度為一特定比值時(shí)，光纖內(nèi)向的熱膨脹與石英連接管外向的熱膨脹相互抵消，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)琺珀腔氣室的熱膨脹為零，達(dá)到傳感器溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

實(shí)施例1

一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀折射率傳感器的制作步驟包括：1)將外徑為125um的康寧單模光纖和內(nèi)徑126um、外徑200um的石英連接管3端部切平，然后利用型號(hào)FITEL S183 Version2光纖熔接機(jī)的手動(dòng)模式將單模光纖1插入石英連接管3中，插入長度為1100個(gè)步長。2)調(diào)整光纖熔接機(jī)放電參數(shù)為放電強(qiáng)度100，放電時(shí)間80ms，在石英連接管3端部放電1次，使單模光纖1與石英連接管3熔接固定，利用光纖熔接機(jī)的步進(jìn)電機(jī)記錄單模光纖1內(nèi)端面至熔接點(diǎn)2之間的距離，長度約為1000個(gè)步長。3)利用光纖切割刀在距離單模光纖1端面約200um處將石英連接管3切斷；4)將端面切平的外徑125um、內(nèi)徑5um的石英毛細(xì)管5相對(duì)地插入石英連接管3中，控制并記錄石英毛細(xì)管5內(nèi)端面與單模光纖1內(nèi)端面的距離即琺珀腔氣室4腔長為100個(gè)步長，并調(diào)整光纖熔接機(jī)放電參數(shù)為強(qiáng)度70，時(shí)間50ms，放電1次，將石英毛細(xì)管5和石英連接管3熔接在一起。5)保留石英毛細(xì)管5的長度約為200um，利用光纖切割刀將石英毛細(xì)管5切斷。6)將石英毛細(xì)管5外端面伸入氫氟酸溶液中腐蝕8min，使外端面變粗糙。此時(shí)傳感器的溫度系數(shù)約為4.42×10^-5nm/℃，傳感器可應(yīng)用于高溫下折射率的測(cè)量。

實(shí)施例2

一種溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w琺珀折射率傳感器的制作步驟包括：1)將外徑為125um的康寧單模光纖1和內(nèi)徑126um、外徑200um的石英連接管3端部切平，然后利用型號(hào)FITEL S183 Version2光纖熔接機(jī)的手動(dòng)模式將單模光纖1插入石英連接管3中，插入長度為1500個(gè)步長。2)調(diào)整光纖熔接機(jī)放電參數(shù)為放電強(qiáng)度100，放電時(shí)間80ms，在石英連接管3端部放電1次，使單模光纖1與石英連接管3熔接固定，利用光纖熔接機(jī)的步進(jìn)電機(jī)記錄單模光纖1內(nèi)端面至熔接點(diǎn)2之間的距離，長度約為1400個(gè)步長。3)利用光纖切割刀在距離單模光纖1端面約100um處將石英連接管3切斷；4)將端面切平的外徑125um、內(nèi)徑3um的石英毛細(xì)管5相對(duì)地插入石英連接管3中，控制并記錄石英毛細(xì)管5內(nèi)端面與單模光纖1內(nèi)端面的距離即琺珀腔氣室4腔長為300個(gè)步長，并調(diào)整光纖熔接機(jī)放電參數(shù)為強(qiáng)度70，時(shí)間45ms，放電1次，將石英毛細(xì)管5和石英連接管3熔接在一起。5)保留石英毛細(xì)管5的長度約為150um，利用光纖切割刀將石英毛細(xì)管5切斷。6)將石英毛細(xì)管5外端面伸入氫氟酸溶液中腐蝕8min，使外端面變粗糙。此時(shí)由于過度補(bǔ)償，傳感器的溫度系數(shù)為負(fù)值，約為-1.36×10^-4pm/℃。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。