[发明专利]一种基于涂覆微纳光纤进行温度测量的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于涂覆微纳光纤进行温度测量的装置和方法。

背景技术

随着工业自动化程度的提高及连续生产规模的扩大,对温度参数测量的提出了更多、更高的要求。目前,普遍采用的热电偶很难实现对温度准确地测量。这种接触式测量也难以保证温度场的原有特征,易引起误差。而且金属热电偶必须接触被测物体,所以损坏快,增加了成本。光导纤维技术的发展,为非接触测温技术在工业生产中的应用提供了有利的前提条件，解决了许多热电偶和常规红外测温仪无法解决的问题。它具有抗电磁干扰、耐高温、抗腐蚀、小型化等优点,适用于传统温度传感器难以胜任的某些恶劣环境下的温度测量，尤其适用于油库等易燃、易爆危险环境的温度检测，在科研、工业特别是国防等领域中有着巨大的应用潜力。

现有的基于光纤的温度测量方法主要有以下三种：

（1）辐射测温法。该方法分为全辐射测温、单辐射测温及多波长测温。全辐射测温通过测量全波段的辐射能量而得到温度。但是由于周围背景的辐射、介质吸收率的变化和辐射率的预测都会给测量带来困难,因此难于实现较高的精度。单辐射测温法所选波段越窄越好,可是带宽过窄会使探测器接收的能量变得太小,从而影响其测量准确度。多波长辐射测温法是一种很精确的方法,但工艺比较复杂,且造价高,推广应用有一定困难。

（2）基于拉曼散射或布里渊散射的温度传感方法。光纤背向散射温度测量系统是用于实时测量空间温度场分布的传感系统。在系统中,光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤反Stokes背向散射的温度效应,光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波;经解调,将空间温度场的信息实时显示出来。它是特殊的光纤通信网络。由光纤中光的传播速度和背向光回波的时间,对所测温度点定位,它又是一个典型的光纤激光温度雷达系统。但该方法需要较复杂的系统结构，以及信号调制、解调技术。

（3）基于光纤光栅的温度传感方法。光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的。当光纤光栅所处温度发生变化时，其反射波长将发生变化。光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，已广泛用于建筑、航天、石油化工、电力行业等。光纤光栅温度传感器主要有Bragg光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅传感器。Bragg光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射而形成的全新光纤型Bragg光栅，光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波。但是光纤光栅不仅对温度敏感，而且对应力敏感，存在温度、应力交叉敏感的难题。

微纳光纤是直径为微米或亚微米量级的光波导纤维，具有强约束能力、大倏逝场、强非线性效应及易于与普通单模光纤连接的优异特性。在光纤传感领域有很广的应用前景。

发明内容

为了克服上文中光纤温度传感遇到的技术难题，本发明提供了一种基于微纳光纤的温度测量装置。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种基于微纳光纤进行温度测量的装置，包括激光发生装置、微纳光纤和信号光电探测器，所述的激光发生装置的输出端通过微纳光纤连接信号光探测器。

所述的一种涂覆基于微纳光纤进行温度测量装置，还包括用于将激光发生装置所发射的激光分路为两路的光纤耦合器和参考光探测器，所述的光纤耦合器的输入端连接激光发生装置，光纤耦合器的两个输出端的其中一个输出端连接微纳光纤后，再连接至信号光探测器，光纤耦合器的另一个输出端通过单模光纤连接至参考光探测器。

所述的一种基于涂覆微纳光纤进行温度测量的装置，所述的激光发生装置包括激光器和光纤隔离器，所述的激光器的输出端经光纤隔离器连接至光纤耦合器的输入端。

所述的一种基于涂覆微纳光纤进行温度测量的装置，所述的微纳光纤直径为1微米-10微米。

所采用的涂覆材料可选用纯水、特氟龙、酒精、纯铝、氟化镁等，上述的几种物质，前三种为液态，后两种为固态，其共同特点是（1）折射率实部小于光纤的折射率实部1.46，（2）折射率虚部小于0，即对光纤中的传输光有吸收作用。对应于固态物质，可以使用镀膜的方法在微纳光纤表面就行涂覆，对于液态的纯水，酒精要进行封装，避免挥发，对于液态的特氟龙，直接涂覆后自己会固化。

一种基于涂覆微纳光纤进行温度测量的方法，包括以下步骤：

步骤一：将直径为125微米的普通单模光纤拉制成为直径为1微米-10微米的微纳光纤，并用特殊材料进行涂覆。

步骤二：将激光发生装置所发生的激光作为信号光连接微纳光纤；