[发明专利]一种高温光纤布拉格光栅温度传感器及制作方法

说明书

本发明属于高温检测设备技术领域，公开了一种高温光纤布拉格光栅温度传感器及制作方法，包括螺纹筒、金属钢管、再生光纤光栅、硅灰、刚玉陶瓷饼、单模光纤以及螺纹帽；所述刚玉陶瓷饼为内部为空腔的圆环形圆柱体，所述螺纹筒固定设置在刚玉陶瓷饼的圆周壁上，所述金属钢管两端设置有螺纹，一端封口的、另一端为开口的，封口的一端与螺纹筒螺纹连接，开口的一端自刚玉陶瓷饼的中心的穿出并与螺纹帽螺纹连接；所述单模光纤的一端与金属钢管的封口端内端面固定连接，另一端自螺纹帽的通孔伸出；所述刚玉陶瓷饼的上方设置有一注灰孔。本发明的光纤光栅可以在1000℃的条件下仍然具有良好的光谱特征而不衰退，从而进行准确的温度监测。

技术领域

本发明属于高温检测设备技术领域，具体涉及一种高温光纤布拉格光栅温度传感器及制作方法。

背景技术

光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器，具有抗电磁干扰强、电绝缘性好、耐腐蚀、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点，在众多领域长期监测中得到了广泛的应用。

由于存在光纤光栅的热衰退效应，高温环境下光纤光栅的退化甚至消失导致测量活动很难进行，当前广泛应用的解决方案有高温退火制备的再生光纤光栅和使用飞秒激光刻写的IIA型光纤光栅，IIA型光栅在高达1000℃的温度下表现出高度的稳定性，然而由于其损伤机制，其光谱响应很难定制，并且呈现出显著的带外损耗；而再生光纤光栅具有可控的光谱响应特性，是高温条件下光纤光栅温度传感器的理想选择。

再生光纤光栅的制作方式是对I型初始光纤光栅在特定条件下高温退火，退火过程中，初始的光纤光栅被完全擦除，并且在紫外曝光区域中创建了新的折射率调制，再生光纤光栅保留了来自初始光栅的光谱信息。由于这种特性，可以创建在高温下更稳定的复杂光纤光栅，来用于制作性能更加出色的光纤光栅温度传感器。

发明内容

针对现有的光纤光栅温度传感器耐高温能力不足、光纤本体过于脆弱的问题，本发明提出了一种可在800-1100℃的高温度范围内使用的光纤布拉格光栅温度传感器及制作方法，再生光纤光栅在1100℃的条件下仍然具有良好的光谱特征而不衰退，从而进行准确的温度监测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高温光纤布拉格光栅温度传感器，包括螺纹筒(1)、金属钢管(2)、再生光纤光栅(3)、硅灰(4)、刚玉陶瓷饼(5)、单模光纤(6)以及螺纹帽(8)；所述刚玉陶瓷饼(5)为内部为空腔的圆柱体，所述螺纹筒(1) 固定设置在刚玉陶瓷饼(5)的圆周壁，所述金属钢管(2)两端设置有螺纹，一端封口的、另一端为开口的，封口的一端与螺纹筒(1)螺纹连接，开口的一端自刚玉陶瓷饼(5)的中心的穿出并与螺纹帽(8)螺纹连接；螺纹帽(8) 的冒顶中心设置有通孔；所述单模光纤(6)的一端与金属钢管(2)的封口端内端面固定连接，另一端自螺纹帽(8)的通孔伸出，处于金属钢管(2) 内的单模光纤(6)的中间段为再生光纤光栅(3)；所述刚玉陶瓷饼(5)的上方设置有一注灰孔，所述注灰孔用于向刚玉陶瓷饼(5)的内腔注入硅灰(4)。

进一步地，所述金属钢管(2)的中心处设置有V型结构槽，所述再生光纤光栅(3)和单模光纤(6)设置于V型结构槽内，V型槽对边距为225μm； V型槽结构的金属钢管(2)卡住单模光纤(6)。

进一步地，自螺纹帽(8)伸出的单模光纤(6)留有尾纤(9)。

进一步地，所述螺纹筒(1)与金属钢管(2)、金属钢管(2)与螺纹帽 (8)、金属钢管(2)与刚玉陶瓷饼(5)之间都是密封连接。

进一步地，所述螺纹筒(1)采用钨钢材料，螺纹设置于筒内，一端封口，另一端开口，开口端与金属钢管(2)连接，螺纹筒(1)焊接在刚玉陶瓷饼(5)的圆周壁上，这样，螺纹筒(1)的筒底将刚玉陶瓷饼(5)的外圆周面给封口了，螺纹筒(1)内径为2-4cm，厚为1-2cm。