[发明专利]蓝宝石光子晶体光纤光栅超高温分布式传感器的制备工艺

说明书

本发明提供一种蓝宝石光子晶体光纤光栅超高温分布式传感器的制备工艺，包括：步骤一，依靠蓝宝石特种材料管棒制备工艺及技术，生产出蓝宝石特种材料棒体及套管；步骤二，基于步骤一提供的蓝宝石特种材料棒体及套管，依靠光子晶体特种光纤制备工艺及技术，生产出蓝宝石光子晶体特种光纤；步骤三，基于步骤二提供的蓝宝石光子晶体特种光纤，依靠超快飞秒激光刻制光纤光栅制备工艺及技术，在蓝宝石光子晶体特种光纤中制备分布式光纤光栅传感单元；步骤四，采用基于碳化硼高温结构陶瓷套管的高温传感器封装和基于蓝宝石毛细管的高温传感器封装技术，对基于步骤三提供的具有分布式光纤光栅传感单元的蓝宝石光子晶体特种光纤进行封装及保护，制备出蓝宝石光子晶体光纤光栅超高温分布式传感器。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体是一种蓝宝石光子晶体光纤光栅超高温分布式传感器的制备工艺。

背景技术

2016年，中国第十三个五年规划中计划实施的百大工程及项目名单中，航空发动机及燃气轮机排在首位，这体现出国家对航空发动机工业的高度重视。一款先进发动机从某种程度上决定了战斗机等军用飞机的性能高低，而航空发动机一直是制约国产军用飞机的瓶颈，航空发动机及燃气轮机被放到如此重要的地位，说明国家下定决心解决航空动力顽疾。

高性能航空发动机在运行时，由于气流工作压力和温度都大大增加，使燃烧室后气流温度和高温旋转热端部件表面温度的测量成为两个关键问题。航空发动机的高温测量，也主要应用于热端部件(燃烧室、涡轮)高温燃气与壁面温度的测量，温度是确定热端部件性能的最关键参数。随着航空发动机推重比的不断增加，涡轮进口温度已从第3代发动机推重比8.0一级的1500℃发展到第4代发动机推重比10.0一级的1700℃，未来的第5代发动机推重比15.0一级甚至达到1700～2000℃，这使得高温燃气与壁侧测量(发动机叶片、盘等零件表面温度测量)成为发动机温度测试中难度较大的关键技术，这些需求也对超高温温度测量提出了新的挑战。

现有航空发动机高温测量采用的方法有：传统的接触式热电测温法、黑体腔式蓝宝石光纤测温法，以及非接触式的全辐射测温法、亮度测温法、比色测温法、多光谱测温法、荧光测温法、超声测温法等方法。非接触式测量方法更适合于测试高温结构表面的温度场分布，换句话说仅限于探测光源能够覆盖到的结构表面的温度场测量，而对结构内部或者探测光源无法覆盖到的位置则无法进行温度测量，同时，容易受到环境背景辐射噪声的干扰而降低温度测试精度。接触式测量方法能够实现与被测热源的直接接触，可兼顾被测结构表面及内部的温度测量需要，主要采用的传感器为金属/非金属热电偶传感器和黑体腔式蓝宝石光纤传感器，但是前者由于受限于材料本身的高温不稳定性及较弱的抗电磁干扰性而无法长时间应用于复杂的电磁环境中进行高温测量，而后者由于受传感器本身的抗拉伸强度低、制备工艺复杂、高温极限耐受温度略低(高温极限耐受温度一般为1300℃左右，短时间超高温极限耐受温度仅为1600℃)等因素影响，而在目前仅应用于被测结构的高温静态测量。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明基于特种材料制造领域、特种光纤制造领域、超快飞秒激光微加工领域，以及分布式光纤传感领域等领域的现有技术和工艺特征，经过市场需求论证、针对性的技术和工艺匹配研发，提出一种蓝宝石光子晶体光纤光栅超高温分布式传感器的制备工艺，其所制备的传感器能够同时具有接触式测量、高温极限耐受度达2000℃、抗电磁干扰、高稳定性、分布式测量(兼顾瞬态测量)、高机械强度、高光学稳定性等特点。

本发明所采用的技术方案为：一种蓝宝石光子晶体光纤光栅超高温分布式传感器的制备工艺，包括如下步骤：

步骤一，依靠蓝宝石特种材料管棒制备工艺及技术，生产出符合光子晶体特种光纤制备要求的蓝宝石特种材料棒体及套管；

步骤二，基于步骤一提供的蓝宝石特种材料棒体及套管，依靠光子晶体特种光纤制备工艺及技术，生产出符合超快飞秒激光刻制光纤光栅要求的蓝宝石光子晶体特种光纤；