[发明专利]光纤型金属薄膜温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学温度传感器，尤其是一种光纤型金属薄膜温度传感器。

背景技术

目前一般温度的传感器从传感介质的性质上大致可分为热胀冷缩型温度传感器（如常用的液体温度计，双金属片温度计等）、电阻率温度传感器（如铂金温度传感器，半导体温度传感器等）、相变温度传感器（液晶温度传感器等）等。

这些温度传感器中，存在着一定的应用局限，主要表现为以下几个方面中的一种或多种情况：

1．测量范围小，如液体温度计和液晶温度计等通常只有几十到一二百摄氏度范围。

2．价格相对昂贵，如铂金温度计等贵金属温度计。

3．体积较大，不适用于部分对空间占用敏感的应用环境，比如集成电路板卡甚至芯片的分布式温度检测，飞机机翼表面的预埋分布式温度检测等等。

4．不适应于易燃易爆环境，比如油罐油井，矿井矿山等应用环境的温度检测等。

现在有部分光纤型温度传感器，其结构包括光探测器和光源，主要采用光散射热敏光纤或光纤光栅制成传感器。如光纤光栅温度传感器，中间部分利用了光纤光栅。但现有的这些设备存在检测温度范围窄（多在三四百摄氏度以下）、容易受到应力和形变因素的影响和干扰的缺陷。因为现有设备如光纤光栅温度传感器，其光学器件——光纤光栅的折射率调制并不稳定，在高温环境下会逐渐退化，当温度高于200摄氏度时，其反射率随温度的上升而下降，在350摄氏度的高温环境下退火几个小时光栅就可以完全被擦除，不能用于高温测量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的各种温度传感器的缺点，发明一种结构简单、成本低、灵敏度高和应用灵活的光纤型金属纳米薄膜温度传感器。

本发明是一种利用金属纳米薄膜的热敏特性制作的光纤型金属薄膜温度传感器，具体结构包括有：光波万用表和光纤，所述的光纤连接在光波万用表上，在光纤上串接有光纤型光学温度感知装置，其特征是：所述的光纤型光学温度感知装置是金属纳米薄膜温度感应装置。

具体的金属纳米薄膜温度感应装置结构是：包括两段由芯层和外面的包层构成的光纤载体，在两段光纤载体之间具有一个连接区，在连接区内设有金属纳米薄膜连接两芯层。

优选的：在金属纳米薄膜的外层具有保护层。

本发明主要是利用金属纳米薄膜的热敏特性作为温度传感介质，其相对于光散射型热敏光纤或光纤光栅温度传感器具有适用温度范围宽（可应用于-100℃以下到1000℃以上的温度检测范围，若改用宝石基体光纤载体，其温度检测上限则可用于检测1500摄氏度以上的温度范围）的优点。同时，它同样具有光敏光纤或光纤光栅体积小，无电火花，几乎为无源器件的优良应用特性。

附图说明

图1，本发明的结构图；

图2，本发明的金属纳米薄膜温度感应装置的结构图；

图3，本发明的金属纳米薄膜温度感应装置的具有保护层的优化结构图；

图4，本发明的金属纳米薄膜的制造方法流程图。

具体实施方式

如图1，本发明的温度传感器包括光探测器，这里具体是光波万用表1，作为光路通道的光纤2，这段光纤2连接在光波万用表1上，在光纤2上串接有金属纳米薄膜温度感应装置3。要实现整个传感器的工作，还具有光源10。图1是一个包括了典型应用的结构，连接点11是光路中光纤2和光纤载体4的熔接点。

本发明的金属纳米薄膜温度感应装置3具体结构如图2，这种感应装置是基于光纤制造的，为区别普通的直接连接万用表1的光纤2，在此称这温度感应装置的载体为光纤载体4，但是我们需要强调的是光纤载体4和光纤2在材料上没有区别，仅仅是便于叙述采用的区分称谓。光纤载体4由芯层5和外围的包层6构成，在光纤载体4的截面，设置有连接区7，连接区7内设有金属纳米薄膜8，金属纳米薄膜8连接两段被分开的芯层5，构成依然通常的光路。

金属纳米薄膜8为热敏薄膜光学材料，其光学透射率随温度变化而变化。

金属纳米薄膜8的具体制造方法如图4的流程图，主要步骤是：将金属材料（本实施例选用铬、镍、金、银或铝中的一种）处理成纳米颗粒粉末，具体是采用纳米磨（循环砂磨机或球磨机）在防止氧化的环境下（如添加氮气或惰性气体的加工环境）研磨金属微粒，要求根据实际光学插入损耗（插损）控制设计要求控制粒度在1-500nm之间；