專利名稱：一種增敏的非本征f-p光纖溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于傳感器技術領域，涉及一種光纖溫度傳感器的制作方法，特別 涉及到一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器的制作方法。
背景技術：
溫度測量中普遍采用的非電類溫度計是水銀溫度計，測量結果穩(wěn)定，但不 能實現計算機自動記錄數據。電子溫度傳感器能夠靈活的實現溫度測量和控制，
在各類工控設備和電子儀表中應用較多熱電偶能夠實現高溫測量，但精度不 高，在冷端補償不佳的情況下測量不準確；鉑電阻測量精度高，但測量靈敏度 較低，在導線補償不好的情況下測量結果不準確；熱敏電阻的溫度靈敏度高， 但具有較大的非線性，且長期穩(wěn)定性較差。此外，電子式溫度傳感器普遍存在 易受電磁輻射干擾，長期穩(wěn)定性差，不能實現遠距離信號傳輸等缺點。
非本征型F-P光纖傳感器是目前使用最為廣泛的一種光纖法-珀腔傳感器之 一，典型結構是將兩根端面切平或拋光的光纖置入一根內徑與光纖包層直徑相 匹配的準直毛細管中，兩根光纖端面和二者之間的空氣隙構成了一個非本征型 的法-珀腔。非本征型F-P光纖傳感器具有制作工藝簡單，設計靈活，通過對光 纖和準直毛細管的材料的選擇以及對加工參數的控制，可以調節(jié)測量靈敏度， 消除參量間的交叉敏感性，實現對溫度、壓力和應變等物理量高靈敏度測量。
與傳統(tǒng)電子溫度傳感器相比，非本征F-P光纖溫度傳感器具有體積小、測 量精度高、抗電磁干擾、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點，采用波長解調系統(tǒng)的非本征F-P 光纖溫度傳感器基本不受光源功率波動和光纖擾動的影響，能夠用于長期測量 和惡劣環(huán)境下溫度測量。目前制作的非本征F-P光纖溫度傳感器基本采用玻璃光纖和毛細玻璃管， 溫度增敏效果有限；將非本征F-P光纖溫度傳感器粘在金屬片或其它熱膨脹系 數大的材料之上可以提高溫度靈敏度，但具有溫度響應慢、體積大等缺點，并 且需要考慮熱應力對測量結果的影響。由于玻璃毛細管較薄，因此未做任何防 護的非本征F-P光纖溫度傳感器容易受到外力的擠壓和剪切而破壞，在實際應 用的過程中通常需要采用金屬管對其封裝，導致傳感器的外形尺寸較大，溫度 響應速度慢，使原傳感器的優(yōu)點不能充分展現。
傳統(tǒng)方法制作非本征F—P光纖傳感器時，需要先在光纖上切出平端面，或 者通過研磨、拋光的方法得到平整的光纖端面，然后將完整的光纖平端面在顯 微鏡下操作，插入內徑在130微米左右的毛細管中，在插入的過程中光纖平端 面可能與毛細管壁擦碰，導致光纖端面不完整，另外光纖碎片隨著光纖的插入 而進入毛細管中，當干涉腔的入射光纖和反射光纖分別從毛細管的兩側分別插 入時，上述問題更為突出，對操作人員提出了很高的要求，得到干涉對比度好 的傳感器比較困難；另外，切平或拋光的光纖平端面在操作的過程中也會各種 原因導致光纖端面污損，使最終制作的非本征F-P光纖傳感器的干涉信號較差， 影響腔長的精確解調；由于光纖從兩側插入，因此在毛細管的清洗、保存和操 作的過程中必須小心謹慎，以防止管口和內管壁存留的灰塵隨著光纖的插入而 進入干涉腔，影響干涉的對比度和傳感器的穩(wěn)定使用。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種溫度增敏的非本征F—P光纖傳感器的 制作方法，簡化非本征F-P光纖溫度傳感器的制作，提高非本征F-P光纖溫度 傳感器的干涉對比度、制作效率和溫度靈敏度，并具備體積小、結構簡單、溫 度響應快的特點。本發(fā)明的技術方案是，在裸光纖的表面通過刻痕的方法形成與裸光纖軸線 正交的缺陷，并將帶有刻痕缺陷的裸光纖插入金屬毛細管中，調節(jié)刻痕缺陷在 管中的位置；通過膠粘的方式將位于裸光纖末端一側的金屬毛細管端點與裸光
纖固定在一起，對光纖的另外一端施加拉力，在刻痕缺陷處產生應力集中，當 刻痕缺陷處的拉應力達到斷裂閾值時，裸光纖從刻痕缺陷處裂開，形成與光纖 軸線垂直的平行解理面，兩個平行解理面與二者之間的空氣隙則構成了一個非
本征F-P干涉腔；調節(jié)干涉腔的長度，通過膠粘的方式將金屬毛細管的另一端 與裸光纖固定在一起，制作出增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器；根據需要在 非本征F-P光纖溫度傳感器的尾纖上安裝護套進行保護。
具體制作方法為將去除涂敷層并經表面潔凈處理的裸光纖放在光纖切刀 上，扣好兩側的壓板，推動刀片，在裸光纖表面形成與裸光纖軸線正交的刻痕， 但并不打斷，將帶有刻痕缺陷的裸光纖插入金屬毛細管中，通過光纖調整架調 節(jié)刻痕缺陷在管中的位置，然后采用膠粘的方式將位于裸光纖末端一側的金屬 毛細管端點與裸光纖固定在一起。之后向后拉動尾纖，裸光纖表面刻痕缺陷由 于應力集中而成為整個光纖上最薄弱的環(huán)節(jié)，當拉應力達到該點的斷裂閾值時， 裸光纖從刻痕缺陷處裂開，形成兩個端面平整、與光纖軸線垂直的平行解理面， 兩個平行解理面與二者之間的空氣隙則構成了一個非本征F-P干涉腔。通過光
纖調整架調節(jié)非本征F-P光纖傳感器的腔長，并通過非本征F-P光纖傳感器解
調系統(tǒng)實時測量干涉腔的長度，當腔長調整到設計值后，通過膠粘的方式將金
屬毛細管另一端和尾纖固定在一起，制作出溫度增敏的非本征F-P光纖溫度傳
感器。實際中根據傳感器的應用環(huán)境的需要在尾纖上安裝光纖護套予以保護。
本發(fā)明的效果和益處是，本發(fā)明提出的增敏的非本征F-P光纖溫度器的制 作方法，采用熱膨脹系數大的金屬毛細管替代傳統(tǒng)的石英和玻璃等材料，與采用玻璃光纖或者玻璃毛細管制作非本征F-P光纖溫度傳感器的技術相比，具有 溫度靈敏度高，不易損壞等優(yōu)點；與傳統(tǒng)的將非本征F-P光纖溫度傳感器粘在 金屬片和其它熱膨脹系數大的材料之上提高溫度靈敏度的技術相比，具有溫度 響應快、體積小、結構簡單、可靠性高以及布設靈活等優(yōu)點；與傳統(tǒng)的制作方 法相比，能夠得到光纖端面良好、干涉腔沒有雜質非本征F — P光纖溫度傳感器， 能夠用于強電磁輻射、易燃易爆等場合下的高精度溫度測量。
附圖1是增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器的剖面示意圖。
圖中1非本征F-P干涉腔；2金屬毛細管；3平行解理面；4裸光纖；5尾纖。
具體實施例方式
以下結合附圖詳細說明本發(fā)明的最佳實施例。
將內徑為0. 13腿，外徑為2腿的鋁制金屬毛細管置入裝有酒精的超聲波池 中清洗并烘干。將光纖一端的涂敷層去掉，裸光纖4比鋁制金屬毛細管長5 10mm，采用丙酮將裸光纖4的表面擦洗干凈，然后將裸光纖4放在光纖切刀的 架上，扣好兩側的扣板，推動刀片，這樣可以在光纖表面形成刻痕，但操作的 過程中不能打斷光纖。將帶有刻痕缺陷的裸光纖4插入鋁制金屬毛細管2中， 調節(jié)刻痕缺陷在鋁制金屬毛細管2中的位置，然后采用環(huán)氧樹脂膠合劑將光纖 的自由端和鋁制金屬毛細管2粘在一起，之后通過光纖調整架向后拉動尾纖5， 由于光纖表面已經存在缺陷，因此在拉應力達到某一值時，光纖從刻痕處拉開， 形成平整的、與光纖軸向垂直的平行解理面3，而兩個平行解理面3與二者之間 的空氣隙則構成了一個非本征F—P腔1。通過光纖調整架可以調節(jié)非本征F—P 腔1的長度，并通過接在尾纖5后端的光纖F—P傳感器解調系統(tǒng)實時觀察干涉 腔的長度，當腔長調整到設定長度后，通過膠粘的方式將鋁制金屬毛細管2的另外一端與尾纖5固定在一起，通過上述步驟可以高效、靈活的制作出增敏的 非本征F_P光纖溫度傳感器。
根據文獻《光纖EFPI傳感器系統(tǒng)及其在油氣井中應用的研究》，結合上述
非本征F — P光纖溫度傳感器的結構，則外界溫度變化引起的腔長變化量為 其中，^為傳感器的標距，即金屬毛細管與光纖的兩個固定點之間的長度，
Af和丄rf分別為金屬毛細管內入射光纖和反射光纖長度，Ar為溫度變化量，^和
A分別為金屬毛細管和光纖的熱膨脹系數。纖芯摻鍺的單模光纖和鋁金屬管的
熱膨脹系數分別為5.6xlO,。C和24xl(T6/。C。
非本征F-P光纖溫度傳感器的腔長遠小于其標距Z^，因此有丄,f+^s^，上
式可以化簡為
由于"m遠大于"f，且單模光纖的熱膨脹系數一定，因此采用金屬毛細管制
作的非本征F-P光纖溫度傳感器的溫度系數主要由傳感器的標距和金屬毛細管
的熱膨脹系數決定的。如果采用鋁制金屬毛細管，在其它工藝相同的情況下溫
度靈敏比采用玻璃毛細管的增大8倍左右，從而實現增敏的目的。
權利要求
1. 一種增敏的非本征F—P光纖溫度傳感器的制作方法，其特征在于在裸光纖(4)的表面通過刻劃的方法形成與裸光纖(4)軸線正交的刻痕缺陷，并將帶有刻痕缺陷的裸光纖(4)插入金屬毛細管(2)中，調節(jié)刻痕缺陷在金屬毛細管(2)中的位置；通過膠粘的方式將位于裸光纖(4)末端一側的金屬毛細管(2)端點與裸光纖(4)固定在一起，對光纖的另外一端施加拉力，在刻痕缺陷處產生應力集中，當施加的拉應力大于刻痕缺陷處的斷裂閾值時，裸光纖(4)從刻痕缺陷處裂開，形成與光纖軸線垂直的平整解理面(3)，兩個平行解理面(3)與二者之間的空氣隙則構成了一個非本征F-P干涉腔(1)；調節(jié)非本征F-P干涉腔(1)的長度，通過膠粘的方式將金屬毛細管(2)的另外一端與裸光纖(4)固定在一起，由兩個光纖平端面和熱膨脹系數大于玻璃毛細管的金屬毛細管構成了一個增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器的制作方法，屬于傳感器技術領域。其特征是通過刻劃產生缺陷，并利用刻痕缺陷處應力集中的特點拉斷形成平整光纖端面；采用粘合劑將金屬毛細管與非本征F-P干涉腔的裸光纖粘結在一起，由兩個光纖平端面和熱膨脹系數大于玻璃毛細管的金屬毛細管構成了一個增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器。本發(fā)明的有益效果是，能夠得到光纖端面良好、干涉腔沒有雜質、增敏的非本征F-P光纖溫度傳感器，具有溫度響應快、溫度靈敏度高、體積小、結構簡單、可靠性高和制作靈活等優(yōu)點，能夠用于強電磁輻射、易燃易爆等場合下的高精度溫度測量。
文檔編號G01K11/00GK101476949SQ200910010188
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月17日 優(yōu)先權日2009年1月17日
發(fā)明者于清旭, 宋世德, 王曉娜 申請人:大連理工大學