[发明专利]基于硅基G-T腔的光纤温度传感系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术，尤其涉及一种基于硅基G-T（Gires-Tournois）腔的光纤温度传感系统。

背景技术

目前，温度作为一个重要的物理参量在工程应用和科学研究中占有十分重要的地位，以热电偶、铂合金和半导体等为代表的传统温度传感器，以其原理简单，测量精度高，成本低等优点而广泛应用在国民经济、国防建设等各个领域，但在有强电磁干扰或易燃易爆的场合下，基于电信号测量的传统温度传感器便显得束手无策，而光纤温度测量技术本身不带电、体积小、质量轻、易弯曲、抗电磁干扰、抗辐射、不产生电火花和绝缘性好等特性,使得光纤温度传感器成为存在电磁干扰、空间受限、易燃、易爆等恶劣环境下的有效温度测量手段。已广泛应用于电力系统的开关、变压器等内部“热点”的在线监测，微波加热、微波化学辅助仪器、微波食品加工等过程中被加热物质温度的在线测量，射频、微波热疗仪、磁共振成像仪等医疗设备的在线安全监控，以及大电机定子、轴瓦等关键部位温度的监测。

目前，有提出一种《光纤Fabry-Perot（法布里-珀罗，F-P）干涉式温度测量》，基于F-P腔白光干涉原理的新型光纤温度传感器，将两根端面镀膜的多模光纤插入空芯光纤中形成F-P干涉腔，整体再封装进铜管中进行增敏。另外，提出了《基于非本征Fabry-Perot腔的干涉/强度调制型光纤温度传感器》，亦采用上述类同的空腔结构，其原理皆是通过温度变化改变连接两光纤的增敏材料的长度，进而改变了F-P腔体的长度，通过适当的解调设备实现温度信息的测量。而上述结构中，F-P腔内为未填充状态，增敏材料与光纤间的连接易变化，且难于控制，测量精度和长期可靠性都难以保证，使用中易受外界压力的干扰。

发明内容

基于此，有必要提供一种受外界压力干扰小、长期可靠的基于硅基G-T腔的光纤温度传感系统。

一种基于硅基G-T腔的光纤温度传感系统，包括依次连接的光源、硅基G-T腔光纤温度传感器和光谱分析单元，所述硅基G-T腔光纤温度传感器包括具有空腔的固定套管、双光纤头、硅传感芯片和填充物，所述硅传感芯片粘接于所述空腔内壁之间，所述双光纤头粘接于所述空腔的一端与所述硅传感芯片的一侧相对，所述硅传感芯片的另一侧相对的空腔以所述填充物填充。

在其中一个实施例中，所述硅基G-T腔光纤温度传感器包括串联连接的多个。

在其中一个实施例中，所述硅传感芯片包括硅片及设置于所述硅片相对两侧的第一反射膜和第二反射膜，所述第一反射膜与所述双光纤头相对。

在其中一个实施例中，所述第一反射膜的反射率低于第二反射膜的反射率。

在其中一个实施例中，所述双光纤头的两根光纤之间夹角小于4度。

在其中一个实施例中，所述双光纤头为双光纤G-Lens准直器。

在其中一个实施例中，所述固定套管为金属毛细管、陶瓷套管或玻璃管。

在其中一个实施例中，所述填充物单模光纤、多模光纤或塑胶。

在其中一个实施例中，所述光源可为白光源、ASE光源、SLED光源、LED光源或LD光源。

上述基于硅基G-T腔的光纤温度传感系统采用硅传感芯片，传感器各部件间采用胶进行粘接，传感器内部整体呈固体填充状态，在保持结构简单、成本低、抗电磁干扰等优点的同时，具备受外界压力干扰小、测量精度高、长期可靠性高。

附图说明

图1是一个实施例中的基于硅基G-T腔的光纤温度传感系统的模块图；

图2是另一个实施例中基于硅基G-T腔的光纤温度传感系统的模块图；

图3是硅基G-T腔光纤温度传感器结构示意图；

图4是硅传感芯片的结构示意图；

图5是同一个硅基G-T腔的光纤温度传感器的在不同温度情况下的反射光强光谱图；

图6是在不同参考频率和不同反射率情况下，四个硅基G-T腔的光纤温度传感器的反射光强光谱图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

G-T腔的介绍：G-T腔是F-P腔的一种，它与一般F-P腔的不同之处在于它的腔的一个反射面接近完全反射，反射率接近1，另一个反射面为部分反射，反射率小于1。光从部分反射面进入腔内，在腔内多次反射振荡后，从同一侧射出，插入损耗小。在传感器应用中，这种反射式的结构使得传感器安装方便，同时由于光源和光谱分析单元在同一侧，利于现场的操作和调试。