專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖熒光溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖熒光溫度傳感器。
背景技術(shù)：
某些熒光材料的發(fā)光特性與溫度有顯著的函數(shù)關(guān)系，測(cè)量計(jì)算材料熒光的強(qiáng)度、 比強(qiáng)度、壽命等特性的變化可以得到相應(yīng)的溫度。熒光溫度傳感器往往還具有光波導(dǎo)組件， 傳播來(lái)自光源的激發(fā)光和來(lái)自熒光材料的熒光信號(hào)。深圳大學(xué)專(zhuān)利號(hào)為200810065176的 光子晶體光纖熒光溫度傳感器及測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)激發(fā)光和信號(hào)光的傳播可以通過(guò)同一個(gè)光 路，也可以不同。專(zhuān)利200810177040在利用同一個(gè)光波導(dǎo)傳播激發(fā)光和信號(hào)光的溫度傳感 器中，儲(chǔ)置于一個(gè)罩子凹部的熒光材料被粘合在光波導(dǎo)端面，溫度探針用保護(hù)套封閉(專(zhuān) 利文獻(xiàn)2)。保護(hù)套與儲(chǔ)放熒光材料的罩子連接在一起。之前的熒光溫度傳感器使用同一個(gè) 光波導(dǎo)傳播激發(fā)光和信號(hào)光時(shí)，存在信號(hào)強(qiáng)度較低，因而影響測(cè)量精度。熱敏區(qū)的附加質(zhì)量 較大，探針對(duì)快速變化的溫度的響應(yīng)存在遲滯；保護(hù)套的熱導(dǎo)擾動(dòng)改變測(cè)溫點(diǎn)的溫度，使傳 感器不能測(cè)量微區(qū)環(huán)境溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光纖熒光溫度傳感器，傳感器探針結(jié)構(gòu)緊湊體型細(xì) 小，激發(fā)光利用率高，信號(hào)穩(wěn)定，兼容熒光強(qiáng)度法的測(cè)量，且避免了激發(fā)光強(qiáng)度起伏對(duì)測(cè)量 精度的影響。 本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括光譜測(cè)量模塊、控制與信號(hào)處理模塊、光電二極 管、光源、光纖光分束器、傳感器探針，其特征是光譜測(cè)量模塊連接控制與信號(hào)處理模塊，控 制與信號(hào)處理模塊分別連接光電二極管和光源，光源連接光纖光分束器，光纖光分束器分 別連接光電二極管和傳感器探針。 本發(fā)明所述的光源為經(jīng)調(diào)制為脈沖光或被濾波的激發(fā)光光源。 本發(fā)明所述的傳感器探針包括激發(fā)光傳輸光纖束、信號(hào)傳輸光纖、約束套管、熒光 混合物、反射層，其特征是約束套管固定連接六根激發(fā)光傳輸光纖束和一根信號(hào)傳輸光纖， 六根激發(fā)光傳輸光纖束包裹一根信號(hào)傳輸光纖形成光纖束，光纖束的一端連有熒光混合 物，熒光混合物外圍連有反射層。 所述的熒光混合物為熒光材料和液態(tài)粘合劑的混合后固化產(chǎn)物。 所述的熒光材料為紅寶石及其它過(guò)渡金屬摻雜的化合物、稀土氧化物、有機(jī)熒光
材料、絡(luò)合熒光物質(zhì)或復(fù)合熒光材料；所述的液態(tài)粘合劑為環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯、硅樹(shù)脂以
及透明塑料的前驅(qū)體或熔融光學(xué)塑料、硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物。 所述的反射層的材料為金屬、合金、有機(jī)物、化合物、氧化物或以上材料的混合物。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、信號(hào)穩(wěn)定、可靠性良好、制造簡(jiǎn)便。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明傳感器探針的切面圖。
圖3為本發(fā)明傳感器探針的結(jié)構(gòu)示意圖。 在圖中，1、光譜測(cè)量模塊2、控制與信號(hào)處理模塊3、光電二極管4、光源5、光纖光 分束器6、傳感器探針7、激發(fā)光傳輸光纖束8、信號(hào)傳輸光纖9、約束套管10、熒光混合物 11、反射層
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它包括光譜測(cè)量模塊1、控制與信號(hào)處理模
塊2、光電二極管3、光源4、光纖光分束器5、傳感器探針6，其特征是光譜測(cè)量模塊1連接控
制與信號(hào)處理模塊2，控制與信號(hào)處理模塊2分別連接光電二極管3和光源4，光源4連接
光纖光分束器5，光纖光分束器5分別連接光電二極管3和傳感器探針6。 本發(fā)明所述的光源為經(jīng)調(diào)制為脈沖光或被濾波的激發(fā)光光源。 如圖2、圖3所示，本發(fā)明所述的傳感器探針6包括激發(fā)光傳輸光纖束7、信號(hào)傳輸
光纖8、約束套管9、熒光混合物10、反射層11，其特征是約束套管9固定六根激發(fā)光傳輸光
纖束7和一根信號(hào)傳輸光纖8，六根激發(fā)光傳輸光纖束7包裹一根信號(hào)傳輸光纖形成光纖
束，光纖束的一端連有熒光混合物IO，熒光混合物IO外圍連有反射層11。 所述的熒光混合物為熒光材料和液態(tài)粘合劑的混合固化產(chǎn)物。 所述的熒光材料為紅寶石及其它過(guò)渡金屬摻雜的化合物、稀土氧化物、有機(jī)熒光
材料、絡(luò)合熒光物質(zhì)、復(fù)合熒光材料；所述的液態(tài)粘合劑為環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯、硅樹(shù)脂以及
透明塑料的前驅(qū)體或熔融光學(xué)塑料、硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物。 所述的反射層的材料為金屬、合金、有機(jī)物、化合物、氧化物或以上材料的混合物。
溫度傳感器是利用熱敏材料隨溫度變化的熒光特性來(lái)測(cè)量溫度。系統(tǒng)光路中還可 以添加隔離器、偏振元件等光學(xué)元件。常用光源4有汞燈、惰性氣體燈例如氙燈、氖燈、半導(dǎo) 體激光器、鹵鎢燈，根據(jù)熒光材料的發(fā)光特性和光波導(dǎo)(信號(hào)傳輸光纖8和光纖光分束器5) 的窗口范圍，選擇波長(zhǎng)合適的激發(fā)光源，并選用合適波段的濾色片。光纖光分束器為1X8分 束器，對(duì)入射光功率均等分束。源于光源4的激發(fā)光經(jīng)光纖光分束器5分支成為八束等強(qiáng) 度光，一束作為冗余懸置，一束由光電二極管3接收作為對(duì)光源的監(jiān)控信號(hào)，另外的六束合 為激發(fā)光傳輸光纖束7照射到傳感器探針6的熱敏部，平行入射到凹面反射層11上，然后 會(huì)聚到熒光混合物10上并激發(fā)使其發(fā)光。熒光混合物10的發(fā)射光部分被凹面反射層11 反射，信號(hào)熒光進(jìn)入信號(hào)傳輸光纖8，導(dǎo)出被光譜測(cè)量模塊1接收，測(cè)量熒光的各項(xiàng)溫度敏 感特性，例如熒光壽命、不同熒光峰的強(qiáng)度等。由控制與信號(hào)處理模塊2擬合計(jì)算對(duì)應(yīng)的溫 度，并控制協(xié)調(diào)整套系統(tǒng)的運(yùn)行。 如圖所示，1X8光纖光分束器5的六支輸出光纖合并為激發(fā)光傳輸光纖束7，六根 光纖排列在信號(hào)傳輸光纖8的周圈，共同在溫度傳感器探針6的橫截面形成六角密堆積的 形式。然后，由約束套管9將這七根光纖約束在一起。約束效果一方面取決于約束套管9 的內(nèi)徑和密堆積六角的公差配合，此外，在約束套管9內(nèi)的空隙處可以灌注硅膠、環(huán)氧樹(shù)脂 或其它灌縫劑。這樣，光纖頭被固定，在儲(chǔ)存、運(yùn)送、工作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生彼此的移位、扭轉(zhuǎn)、彎曲等變形，從而光的傳輸是穩(wěn)定可靠的。 在溫度傳感器探針6的頂端固定的熒光混合物10含有光學(xué)粘合劑成分，因此可以 穩(wěn)定地固定在傳感器探針的端面。因此測(cè)量是穩(wěn)定可重復(fù)的。由激發(fā)光傳輸光纖束7傳 播到熒光混合物10的激發(fā)光一部分被熒光混合物10吸收和散射，余下部分穿透熒光混合 物IO，近乎平行地入射到溫度傳感器探針6頂端的凹面反射層11上。凹面反射層11將穿 透過(guò)來(lái)的激發(fā)光會(huì)聚到熒光混合物10中沿溫度傳感器探針6中軸的一點(diǎn)，因此可以提高熒 光混合物10對(duì)激發(fā)光的吸收率；同時(shí)材料發(fā)射的熒光也被會(huì)聚后進(jìn)入信號(hào)傳輸光纖8，因 此信號(hào)熒光強(qiáng)度較高，可以保證測(cè)量精準(zhǔn)度。凹面反射層11的材質(zhì)可以使用金屬例如鋁、 金、銀、鈦、鉻等，或合金如不銹鋼，也可以采用有機(jī)物如Teflon，還可以采用化合物如TiN、 氧化物、以上材料的混合物、復(fù)合材料等。凹面反射層ll可以單獨(dú)加工出來(lái)，通過(guò)與約束套 管9的連接固定在溫度傳感器探針6的頂端，連接方式可以但不限于以下方式膠粘、壓阻 焊、錫焊、熔融焊、巻邊鉚接等。凹面反射層11可以是反射涂層或鍍層的形態(tài)，直接附著在 熒光混合物IO表面。 如圖3所示，在溫度傳感器探針6的頂端固定熱敏熒光材料，典型的熒光材料有紅 寶石及其它過(guò)渡金屬摻雜的化合物、鑭系稀土氧化物等，也可能采用有機(jī)熒光材料、絡(luò)合熒 光物質(zhì)、復(fù)合熒光材料。以稀土氧化物Y202S:Eu為例高壓汞燈光源的365nm紫外光作為 激發(fā)光，發(fā)射熒光的中心波長(zhǎng)位于540nm和630nm。測(cè)量這兩個(gè)波長(zhǎng)的熒光強(qiáng)度，求得相對(duì) 值，就可以由相對(duì)值導(dǎo)出相應(yīng)的被測(cè)溫度。 與實(shí)施方式1的溫度傳感器探針6的構(gòu)成不同點(diǎn)在于，熒光材料還可以僅僅固定 在信號(hào)傳輸光纖8的端面。激發(fā)光傳輸光纖束7出射的光束在自由空間近乎平行入射到 凹面反射層11上，然后被反射。該實(shí)施方式要求熒光混合物10堆積厚度和凹面反射層11 的焦點(diǎn)位置的配合。任意哪種實(shí)施方式，熒光混合物IO厚度足夠包含凹面反射層11的焦 點(diǎn)，且焦點(diǎn)位于信號(hào)傳輸光纖8的接受光立體角范圍內(nèi)，可以保證信號(hào)熒光的強(qiáng)度接近最 優(yōu)化。 本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。
權(quán)利要求
一種光纖熒光溫度傳感器，它包括光譜測(cè)量模塊、控制與信號(hào)處理模塊、光電二極管、光源、光纖光分束器、傳感器探針，其特征是光譜測(cè)量模塊連接控制與信號(hào)處理模塊，控制與信號(hào)處理模塊分別連接光電二極管和光源，光源連接光纖光分束器，光纖光分束器分別連接光電二極管和傳感器探針。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖熒光溫度傳感器，其特征是所述的光源為經(jīng)調(diào)制為脈沖光或被濾波的激發(fā)光光源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖熒光溫度傳感器，其特征是所述的傳感器探針包括激發(fā)光傳輸光纖束、信號(hào)傳輸光纖、約束套管、熒光混合物、反射層，其特征是約束套管固定連接六根激發(fā)光傳輸光纖束和一根信號(hào)傳輸光纖，六根激發(fā)光傳輸光纖束包裹一根信號(hào)傳輸光纖形成光纖束，光纖束的一端連有熒光混合物，熒光混合物外圍連有反射層。
4 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖熒光溫度傳感器，其特征是所述的熒光混合物為熒光材料和液態(tài)粘合劑的混合后固化產(chǎn)物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖熒光溫度傳感器，其特征是所述的熒光材料為紅寶石及其它過(guò)渡金屬摻雜的化合物、稀土氧化物、有機(jī)熒光材料、絡(luò)合熒光物質(zhì)或復(fù)合熒光材料；所述的液態(tài)粘合劑為環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯、硅樹(shù)脂以及透明塑料的前驅(qū)體或熔融光學(xué)塑料、硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖熒光溫度傳感器，其特征是所述的反射層的材料為金屬、合金、有機(jī)物、化合物、氧化物或以上材料的混合物。
全文摘要
一種光纖熒光溫度傳感器，它包括光譜測(cè)量模塊、控制與信號(hào)處理模塊、光電二極管、光源、光纖光分束器、傳感器探針，其特征是光譜測(cè)量模塊連接控制與信號(hào)處理模塊，控制與信號(hào)處理模塊分別連接光電二極管和光源，光源連接光纖光分束器，光纖光分束器分別連接光電二極管和傳感器探針。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、信號(hào)穩(wěn)定、可靠性良好、制造簡(jiǎn)便。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101726372SQ20091018644
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者何興道, 張巍巍, 高益慶 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)