[实用新型]一种超高温蓝宝石光纤F-P温度应变复合传感器

说明书

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特指一种超高温蓝宝石光纤F‑P温度应变复合传感器，包括第一蓝宝石单晶光纤、第二蓝宝石单晶光纤、蓝宝石晶片与两端设有开口的蓝宝石毛细管，第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面与第二蓝宝石单晶光纤的平整端面分别通过蓝宝石毛细管的两端开口插入到蓝宝石毛细管腔体中，蓝宝石晶片设于第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面与第二蓝宝石单晶光纤的平整端面之间，蓝宝石晶片一侧的平整端面与第二蓝宝石单晶光纤的平整端面平行对准且不接触，蓝宝石晶片另一侧与第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面接触。采用这样的结构设置，可实现从室温到1400℃的大范围温度测量，能满足超高温恶劣环境下的应变、温度同时监测，测量灵敏度高、精度高。

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特指一种超高温蓝宝石光纤F-P温度应变复合传感器。

背景技术

航空航天、石油化工等超高温环境下的应变测量一直都是传感探测领域的难点，恶劣的超高温环境会影响传统电类传感器和测量仪表的性能，光纤传感器具有结构简单、抗电磁干扰、测量精度高、测量动态范围大等特点，在超高温环境下的应变监测中具有广阔应用前景。目前常用于应变测量的光学法布里-珀罗(Fabry–Pérot,F-P)传感器和光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器存在温度应变交叉敏感、测量量程有限和1400℃以上超高温环境下材料机械强度下降等问题，很大程度上制约了超高温领域光纤传感技术的发展。

由于蓝宝石单晶(Al₂O₃)熔化温度为2053℃，具有高强度、高硬度(为石英的7倍)、高抗磨损性、高耐热性、高抗腐蚀性、高化学惰性、高热传导性。单晶蓝宝石光纤天然的耐高温特性使其经过一定封装增加机械强度后可长期应用于1400℃以上的超高温环境中，是超高温应变测量的极佳选择。基于蓝宝石晶片的光纤温度传感器具有从紫外到远红外区域的宽透明度，被证明是监测超高温度的理想设备。

目前，已有基于石英光纤的EFPI/FBG复合传感器，其结构实质是EFPI应变传感器与耐高温FBG传感器的复用，仅能满足600℃以下的温度和应变的同时监测。能适用于1400℃超高温环境下应变、温度同时监测的光纤传感器尚属空白。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种超高温蓝宝石光纤F-P温度应变复合传感器，第一蓝宝石单晶光纤、第二蓝宝石单晶光纤、蓝宝石晶片和蓝宝石毛细管本身的材质选用Al₂O₃，本身具有耐高温性能，第二蓝宝石单晶光纤平整端面与蓝宝石晶片平整端面之间的空气腔形成非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪结构，可对大量程范围应变进行实时监测，可实现从室温到1400℃的大范围温度测量，能满足超高温恶劣环境下的应变、温度同时监测，测量灵敏度高、精度高。

为了实现上述目的，本实用新型应用的技术方案如下：

一种超高温蓝宝石光纤F-P温度应变复合传感器，包括第一蓝宝石单晶光纤、第二蓝宝石单晶光纤、蓝宝石晶片与两端设有开口的蓝宝石毛细管，第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面与第二蓝宝石单晶光纤的平整端面分别通过蓝宝石毛细管的两端开口插入到蓝宝石毛细管腔体中，蓝宝石晶片设于第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面与第二蓝宝石单晶光纤的平整端面之间，蓝宝石晶片一侧的平整端面与第二蓝宝石单晶光纤的平整端面平行对准且不接触，蓝宝石晶片另一侧与第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面接触。

进一步而言，所述第一蓝宝石单晶光纤的倾斜端面采用在原平整端面上经研磨与光纤径向形成5°～10°的倾斜角。

进一步而言，所述第一蓝宝石单晶光纤、第二蓝宝石单晶光纤和蓝宝石晶片分别与蓝宝石毛细管的内腔以CO₂激光焊接的方式连接或通过无机耐高温胶胶粘方式连接，第二蓝宝石单晶光纤的另一端面经过激光开有小孔，且小孔孔径小于4μm。