[发明专利]光纤‑聚合物探头温度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤温度传感器的制备技术领域，具体是多模拉锥探头结构的光纤与聚合物进行复合来进行温度传感的器件提出及制备。

背景技术

光纤传感器由于抗电磁干扰、体积小、利于远程操作等诸多优点，已在工程中有大量的研究。目前，很多温度传感的光纤结构得到发展，如布拉格光纤光栅(FBG)，长周期光纤光栅(LPFG)，Fabry-Perot干涉仪，单模-多模-单模(SMS)和基于模式干涉的拉锥光纤探头等。拉锥光纤探头结构是基于光纤模式干涉原理的新型光纤结构。该结构是把两根光纤端头拉锥融合而成的，对比于其他结构来说，该结构具有制作简单、成本低、感应头小等优点。

光纤传感器主要基于波长位移和强度变化。光栅类的结构基本都是峰的波长位移来进行传感。对比于波长位移，强度传感的优点是点光源就能实现，而不需要长波段的光源，成本更低。从传感器的温度灵敏度出发，2009年A.M.Hatta发表在Electron.Lett.上的灵敏度为0.05dB/℃。2013年Chao Chen等发表在Optics Letters上一种新的结构：将两根单模光纤端头拉锥融合形成一个光纤传感头，来进行温度和压力传感，由于这种结构对比于其他光纤结构的优点，即传感区域较小且制作简单等优点，我们接下来的研究都是基于这种结构，但使用的是多模光纤，且引入了聚合物。单模光纤纤芯径较小(10μm内)，仅允许一个模式的传输。而多模光纤纤芯径较大(50，62.5或105μm等)，允许上百个模式传输。如果用单模光纤拉锥后的探头与聚合物结合的话，光强极弱，不能进行传感。所以本专利使用的是多模光纤与聚合物的结合。

发明内容

本发明的目的是提供一种将光纤与聚合物复合，从而得到灵敏度较高的温度传感器的方法。首先将两根多模光纤端头拉锥融合。然后将该端头用聚合物包住。形成了一个简单的温度传感器。改变温度时，聚合物包层的折射率发生改变，导致光纤内的模式耦合相应的改变，同时，泄露的光也明显发生改变。通过检测该结构的输出谱强度，来进行温度传感。这样，将拉锥多模光纤与聚合物结构结合，可得到高灵敏度的温度传感器。

本发明的一个方面提供一种光纤-聚合物探头，所述光纤-聚合物探头包括通过将两根多模光纤端头拉锥融合得到的融合的多模光纤端头，以及包裹所述融合的多模光纤端头的聚合物，所述聚合物的热光系数大于3*10^-4，优选大于3.1*10^-4，再优选大于3.3*10^-4，再优选大于3.5*10^-4，最优选大于3.7*10^-4。

在本发明的一个实施方案中，所述聚合物为丙烯酸类树酯、聚酯、聚氨酯、聚烯烃和聚酰亚胺类聚合物等。

在本发明的一个实施方案中，所述聚合物选自玻璃胶、PMMA-co-PTFEMA或PDMS等。

在本发明的一个实施方案中，所述聚合物的折射率为1.35至1.45，优选1.37至1.45，再优选1.39至1.45，最优选1.40至1.45。

在本发明的一个实施方案中，探头的探头区域为200微米至1毫米。

在本发明的另一个方面，提供一种温度传感器，所述温度传感器由光纤-聚合物探头形成，所述光纤-聚合物探头包括通过将两根多模光纤端头拉锥融合得到的融合端头，以及包裹所述融合端头的聚合物，所述聚合物的热光系数大于3*10^-4。

在本发明的一个实施方案中，温度传感器的温度灵敏度为0.12至0.25dB/℃，优选0.120dB/℃，再优选0.124dB/℃，最优选0.25dB/℃。

在本发明的一个实施方案中，所述聚合物选自玻璃胶、PMMA-co-PTFEMA和PDMS等。

在本发明的再一个方面，提供一种制备光纤-聚合物探头的方法，所述方法包括以下步骤：a.将两根多模光纤平行放入熔接机进行拉锥，形成融合的多模光纤端头；b.将聚合物包裹在所述融合的多模光纤端头外部。

在本发明的再一个方面，提供一种制备温度传感器的方法，所述方法包括以下步骤：a.将两根多模光纤平行放入熔接机进行拉锥，形成融合的多模光纤端头；b.将聚合物包裹在所述融合的多模光纤端头外部；c.将聚合物包裹的融合的多模光纤端头结合在光纤温度传感器的光路中，制成温度传感器。

附图说明

图1是本发明所述的多模光纤拉锥探头制作示意图

图2是本发明所述的多模光纤拉锥探头结构示意图

图3是实验室操作下该复合结构器件在室温下(20℃)的透过谱