本實(shí)用新型涉及溫度傳感領(lǐng)域，具體涉及一種基于無(wú)芯光纖布拉格光柵高溫傳感裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)傳感器一般分為電傳感器、機(jī)械傳感器，電傳感器容易受熱源、光源干擾，受電磁干擾明顯；機(jī)械傳感器由于放大和指示環(huán)節(jié)多為機(jī)械傳動(dòng)，不僅受間隙影響，而且慣性大，固有頻率低只宜用于檢測(cè)緩變或靜態(tài)測(cè)量，缺點(diǎn)是彈性形變不易大。而新型的無(wú)芯光纖傳感器具有抗腐蝕能力強(qiáng)，不受電磁干擾，信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，具有多點(diǎn)復(fù)用和分布式傳感的能力，十分適用于復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，因而倍受青睞。

目前已經(jīng)有多種光纖溫度傳感器，其中發(fā)展較為成熟的是基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵溫度傳感器，主要利用光纖布拉格光柵反射波長(zhǎng)和溫度成線性關(guān)系的特征?；谄胀▎文９饫w的光纖布拉格光柵在高溫情況下會(huì)出現(xiàn)“漂白效應(yīng)”，維持光纖布拉格光柵特征的折射率調(diào)制將因?yàn)楦邷囟?，因此在基于普通單模光纖的光纖布拉格光柵僅能適用于溫度小于400度的溫度傳感。普通I型光纖布拉格光柵在200～300℃時(shí)開(kāi)始退化，布拉格光柵在高溫下很容易擦除，在700℃左右被完全擦除，目前一般布拉格光柵的應(yīng)用溫度在600℃以下，對(duì)于800℃及其800℃以上的溫度，一般布拉格光柵則不能進(jìn)行傳感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型提出了一種基于無(wú)芯光纖布拉格光柵的高溫傳感裝置。

本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案：

本實(shí)用新型包括一個(gè)高穩(wěn)定寬帶光源，一套環(huán)形器，一個(gè)無(wú)芯光纖布拉格光柵，一臺(tái)光譜儀；高穩(wěn)定寬帶光源的輸出端口和環(huán)形器的第一端口光纖連接；光譜儀的輸入端口和環(huán)形器的第二端口光纖連接；環(huán)形器第三端口和一個(gè)無(wú)芯光纖布拉格光柵連接；所述的無(wú)芯光纖布拉格光柵由飛秒激光器在無(wú)芯光纖上逐點(diǎn)刻寫(xiě)形成，該光柵以無(wú)芯光纖本體作為纖芯，周邊空氣充當(dāng)包層構(gòu)成波導(dǎo)。

進(jìn)一步說(shuō)，所述的無(wú)芯光纖布拉格光柵在每個(gè)光柵周期中，刻寫(xiě)的長(zhǎng)度為5微米至50微米，寬度為1微米至5微米，刻寫(xiě)的深度為1微米至10微米。

本實(shí)用新型利用高穩(wěn)定寬帶光源發(fā)出波長(zhǎng)為1500nm至1600nm的寬譜光，進(jìn)入環(huán)形器，沿著環(huán)形器連接頭處進(jìn)入無(wú)芯光纖布拉格光柵里面又被反射回光譜儀，通過(guò)光譜儀進(jìn)行觀察反射光的波峰；外界溫度的改變會(huì)引起光纖布拉格光柵折射率改變，進(jìn)而體現(xiàn)在光譜儀上光譜的漂移，通過(guò)計(jì)算光譜中波長(zhǎng)隨溫度漂移量進(jìn)而感知外界高溫，高溫傳感器靈敏度為0.0082-0.012nm/℃，具有簡(jiǎn)單、方便、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)在線測(cè)量、準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1a為本實(shí)用新型所使用的裝置示意圖；

圖1b為本實(shí)用新型所使用的無(wú)芯光纖布拉格光柵裝置示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中的溫度傳感測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

如圖1a所示，本實(shí)用新型包括：高穩(wěn)定寬帶光源1、光譜儀2、環(huán)形器3、無(wú)芯光纖布拉格光柵4。設(shè)計(jì)一個(gè)光路圖，由高穩(wěn)定寬帶光源1發(fā)出光，入射到環(huán)形器3輸入端里面，環(huán)形器3另一端接無(wú)芯光纖布拉格光柵4，返回的光再入射到光譜儀2上。

選擇一個(gè)無(wú)芯光纖布拉格光柵，由飛秒激光器在無(wú)芯光纖上逐點(diǎn)刻寫(xiě)形成的一個(gè)長(zhǎng)度為2-5mm，帶有布拉格光柵高溫傳感器件；選擇一個(gè)輸出波長(zhǎng)覆蓋1500nm至1600nm高穩(wěn)定寬帶光源、一個(gè)工作波長(zhǎng)覆蓋1500nm至1600nm的光譜儀、一個(gè)環(huán)形器；

將高穩(wěn)定寬帶光源1的輸出端口和環(huán)形器3的第一端口光纖連接；將光譜儀2的輸入端口和環(huán)形器3的第二端口光纖連接；將環(huán)形器3第三端口和一個(gè)無(wú)芯光纖布拉格光柵4連接；組成帶有無(wú)芯光纖布拉格光柵高溫測(cè)量的部件包括一段單模光纖和一段無(wú)芯光纖，其制作步驟如下：將單模光纖的輸出端口和無(wú)芯光纖的輸入端口以光纖熔接方式連接；利用飛秒激光器在無(wú)芯光纖上逐點(diǎn)刻寫(xiě)布拉格光柵，形成一個(gè)長(zhǎng)度為2-5mm、帶有無(wú)芯光纖布拉格光柵4的高溫傳感器件；其中無(wú)芯光纖布拉格光柵由電腦編制程序控制飛秒激光進(jìn)行刻寫(xiě)。圖1b所示布拉格光柵，長(zhǎng)度L為5-50微米，寬度d為1-5微米，刻寫(xiě)深度h為1-10微米。

將光纖高溫傳感頭置入需要測(cè)量溫度的環(huán)境中。開(kāi)啟高穩(wěn)定寬帶光源1，當(dāng)寬帶光經(jīng)過(guò)環(huán)形器3進(jìn)入無(wú)芯光纖布拉格光柵，其中部分光被無(wú)芯光纖布拉格光柵反射回的，再經(jīng)過(guò)環(huán)形器返回光譜儀；由無(wú)芯光纖布拉格光柵反射回的光，其反射峰峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為

λ0＝2n_effΛ (1)

其中n_eff為無(wú)芯光纖布拉格光柵的有效折射率，Λ為布拉格光柵的周期。由于Λ，n_eff均為溫度的函數(shù)，因此溫度變化的時(shí)候就會(huì)引起反射峰峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ_p變化，從光譜分析儀測(cè)量獲得波長(zhǎng)λ_p有變化量△λ_p的時(shí)候，就可以得到溫度的變化為：

△T＝k·△λ_p (2)

其中k為常數(shù)，可以根據(jù)無(wú)芯光纖參數(shù)計(jì)算出來(lái)。因此，可以通過(guò)測(cè)量反射峰峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的漂移來(lái)確定施加在無(wú)芯光纖上的溫度，具體測(cè)量結(jié)果如圖2所示。

無(wú)芯光纖布拉格光柵是在飛秒激光器刻寫(xiě)下完成的，熱穩(wěn)定性好，具有更好的高溫性能，可在800℃高溫以上長(zhǎng)時(shí)間使用；另外無(wú)芯光纖本身作為纖芯，空氣作為包層，對(duì)外界感知更為靈敏，對(duì)高溫傳感也更為精確。具有簡(jiǎn)單、方便、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)在線測(cè)量、準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，但本實(shí)用新型的技術(shù)特征并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實(shí)用新型的專利范圍之中。