本發(fā)明涉及一種用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖。涉及特種光纖、光纖傳感領域。

背景技術：

溫度監(jiān)測是傳感器的重要應用方向，在這一應用領域中，光纖傳感器以其良好的絕緣、耐腐蝕、抗電磁干擾、利于復用、結(jié)構(gòu)輕便等突出優(yōu)點，受到了人們的廣泛關注，尤其可以方便有效地應用于強電磁干擾、腐蝕性、易燃易爆、核輻射等惡劣特殊環(huán)境中。

光纖溫度傳感器已經(jīng)存在大量研究成果。現(xiàn)有光纖溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)主要通過監(jiān)測光纖干涉器件的峰值波長漂移監(jiān)測待測點溫度，并根據(jù)測量結(jié)果結(jié)合門限判決報警，基于光纖光柵的溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)即從屬于此類別；或采用光時域反射技術，通過監(jiān)測事件點的變化來監(jiān)測待測點溫度，仍然需要根據(jù)測量結(jié)果結(jié)合門限判決報警。在上述監(jiān)測過程中由于環(huán)境溫度的變化是連續(xù)的，檢測到的波長漂移也表現(xiàn)為相應的連續(xù)變化，再加上通常的檢測光纖以SiO₂為材料，溫度監(jiān)測活動基于光纖材料的折射率變化導致的干涉或反射波長的變化，而SiO₂在溫度影響下的折射率變化非常微弱，因而導致靈敏度不高、使用量程受限、預警點信號變化不明顯等缺點。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供一種用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖。

本發(fā)明所要解決的首要技術問題是：為溫度監(jiān)測預警應用提供一種新式光纖，令監(jiān)測系統(tǒng)在預警溫度發(fā)生時產(chǎn)生強烈的信號變化。

本發(fā)明的技術方案：

一種用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖，其特征在于：該光纖結(jié)構(gòu)從內(nèi)而外依次包括纖芯、相變包層、外殼三部分，在纖芯和相變包層之間可以增加輔助包層。

具體連接方式為：各層邊界為同心圓，各層之間依次無間隙地完全接觸。該傳感用光纖可直接與檢測系統(tǒng)中用于信號傳輸?shù)钠胀ü饫w相連。

本發(fā)明在環(huán)境達到預警溫度時能夠令溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)提供強烈的信號變化，這種變化程度明顯區(qū)別于預警溫度以外系統(tǒng)信號對溫度的變化形式，因此能夠更準確地發(fā)出溫度報警。這種光纖本身集成了對預警溫度發(fā)生強烈反應的功能，光纖拉制完成后無需特殊的處理即可連接并實現(xiàn)監(jiān)測。同時，由于該光纖結(jié)構(gòu)與普通光纖有良好兼容性，亦可以本發(fā)明所述光纖為基礎制作光纖光柵等光纖器件。除此以外，由于該光纖在預警溫度處能夠提供明顯的溫度變化，因而能夠降低系統(tǒng)在監(jiān)測及信號處理部分對器件精度的要求，進而大幅降低系統(tǒng)造價、簡化系統(tǒng)的復雜程度，進一步提高系統(tǒng)的實用性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例一提供的用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖的橫截面示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例二提供的用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖的橫截面示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所述用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖，關鍵結(jié)構(gòu)在于相變包層，該包層使用在預警溫度處發(fā)生固液相變的材料，在纖芯和外殼的幫助下實現(xiàn)本發(fā)明的核心目標，即在預警溫度處使監(jiān)測信號發(fā)生強烈變化。

本發(fā)明所述光纖在光纖本身對溫度變化的響應之外，還引入相變包層導致預警溫度處信號的強烈變化，并通過相變包層的輔助增強其他溫度下光纖對溫度變化的敏感程度。在增強光纖溫度監(jiān)測傳感系統(tǒng)的性能之外，還能顯著降低系統(tǒng)的復雜程度，降低系統(tǒng)造價。一體拉制的光纖同時還確保了良好的均勻性和一致性，簡化了溫度敏感光纖器件的制作過程。

實施例一

該實施例提供的一種用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖的橫截面示意圖如圖1所示。該光纖是縱向均勻的圓柱形結(jié)構(gòu)，橫截面從內(nèi)而外依次為纖芯1、相變包層2、外殼3。本實施例所述結(jié)構(gòu)適用于相變包層2折射率n₂低于纖芯1折射率n₁，或相變包層2折射率n₂高于纖芯1折射率n₁、但相變包層2厚度d₂<70nm的情況。

采用在預警溫度處發(fā)生固液相變的材料制作相變包層2。當環(huán)境溫度低于相變包層2材料的熔化溫度Tr時，相變包層2為固態(tài)；環(huán)境溫度高于相變包層2的熔化溫度Tr時，相變包層2轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。固態(tài)與液態(tài)狀態(tài)下材料的折射率發(fā)生明顯變化，由此令監(jiān)測的信號產(chǎn)生強烈變化。

進一步的，本實施例的一個較優(yōu)實例為：當預警溫度為18℃時，纖芯1材料采用摻鍺石英，相變包層2材料采用丙三醇，外殼3材料采用低折射率光纖涂覆樹脂。當溫度高于18℃時，丙三醇由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，相變前后折射率發(fā)生強烈變化，從而使監(jiān)測信號在預警點處發(fā)生明顯變化，提供及時報警。

進一步的，上述較優(yōu)實例可以選擇各層直徑參數(shù)分別為：纖芯1直徑80μm，相變包層2外徑125μm，外殼3外徑250μm。

實施例二

該實施例提供的一種用于溫度監(jiān)測預警的新型光纖的橫截面示意圖如圖2所示。本實施例所述結(jié)構(gòu)與實施例一相似，區(qū)別在于在纖芯1與相變包層2之間增加輔助包層4。輔助包層4所用材料折射率n₄低于纖芯1所用材料折射率n₁，用于與纖芯1共同構(gòu)成波導。當相變包層2所用材料折射率n₂大于纖芯1所用材料折射率n₁、且相變層較厚時，輔助包層4能夠令進入該段光纖的信號光得到較好傳輸。

進一步的，本實施例的一個較優(yōu)實例為：當預警溫度為157℃時，纖芯1材料采用摻鍺石英，輔助包層4材料采用純石英，相變包層2材料采用金屬銦，外殼3材料采用聚合物TOPAS。當溫度高于157℃時，金屬銦由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，相變前后折射率發(fā)生明顯變化，從而使監(jiān)測信號在預警點處發(fā)生強烈變化，提供及時報警。

進一步的，上述較優(yōu)實例可以選擇各層直徑參數(shù)分別為：纖芯1直徑100μm，輔助包層4外徑120μm，相變包層2外徑125μm，外殼3外徑250μm。