[实用新型]一种具有高可靠的光纤高温传感器

说明书

本实用新型提供一种具有高可靠的光纤高温传感器。所述光纤高温传感器包括两端开口的中空式感温金属外壳、光纤及光纤敏感元件和金属铠装光缆，光纤及光纤敏感元件置于感温金属外壳内，并在光纤及光纤敏感元件周围充满氮气或惰性气体后，通过尾端堵头和前端连接器将金属外壳两端口密封；在前端连接器上开设有光纤孔，所述金属铠装光缆与前端连接器密封连接，其内部光纤穿过前端连接器上的光纤孔与感温金属外壳内的光纤及光纤敏感元件熔接。本实用新型采用感温金属外壳内抽出空气并充入保护性气体的方式，有效地解决了光纤高温传感器在长期地高温、辐射环境下空气中O₂、H₂O等分子对光纤的破坏导致传感器失效的难题。

技术领域

本实用新型属于光纤传感测量技术领域，具体是一种可用于航空航天、武器装备、核工业等领域中的结构件表面温度或流体温度等高温温度的精密测量的光纤高温传感器及其制作方法。

背景技术

在航空航天、武器装备、核工业等领域中，需要对结构件表面或流体温度进行精确可靠的测量，其工作温度通常高于300℃，某些特殊部位如发动机、反应堆等其附近温度甚至超过1000℃以上，同时，在实际应用中对温度传感器结构尺寸的限制以及强电磁干扰、核辐射等恶劣环境的影响，诸如热电偶和电子高温计等传统温度传感器通常都难以适用。

光纤温度传感器以光纤作为媒介，通过光信号感知外界温度变化。光纤一般采用石英或者具备更高熔点的蓝宝石等晶体材料制成，具有本质无电、体积小、耐辐射、耐高低温等特点，特别适合在危险(易燃易爆)、辐射、空间受限等恶劣环境中使用，因此光纤温度传感器在航空航天、武器装备、核工业等领域具有广阔的应用前景。当前，国内外已经开展了大量针对光纤高温传感器的研究，如：祝连庆等人提出一种基于FBG的超高温传感器，采用飞秒激光器刻写的Ⅱ型光纤光栅封装于开有小孔的不锈钢管内，通过高温陶瓷胶块将不锈钢管固定在碳-碳复合材料基底上【专利申请号：201711431759.5】；Amir Azhari等人提出一种基于光纤光栅和氧化锆陶瓷管的光纤温度传感器，该传感器的使用温度为600℃以上；林启敬等人提出一种基于蓝宝石光纤制作高温传感器的方法，将两根端面平齐的蓝宝石光纤通过耐高温陶瓷插芯进行准直形成光纤F-P腔，采用耐高温水泥将蓝宝石光纤与陶瓷插芯固定【专利申请号：201610579356.4】；陈爽等人提出一种毛细管式光纤光栅高温温度传感器及其制作方法，采用焊接方式将光纤光栅与非金属毛细管一体化封装，可实现-55～1100℃温度测量【专利申请号：201710353372.6】。

综上所述，光纤高温传感器在安装或嵌入结构件表面之前，必须对光纤敏感元件(光纤光栅、光纤F-P腔等)进行保护性封装，从而适应高温、辐射等恶劣环境，其耐久性和使用寿命不仅取决于光纤及光纤敏感元件，而且取决于传感器封装的结构设计、材料选择以及工艺过程等。现有的光纤高温传感器大多采用金属或陶瓷管作为外部封装结构，通过空气进行外部环境与内部光纤敏感元件之间的热传导，实现环境温度的准确测量。然而，在长期地高温、辐射等恶劣环境下，空气中O₂、H₂O等分子将加速光纤涂层老化，同时还会在光纤表面的微裂纹和外力擦伤处产生水解和应力腐蚀，使光纤发生疲劳断裂，大大缩短光纤高温传感器使用寿命。

发明内容

为了解决现有光纤高温传感器在长期地高温、辐射等恶劣环境下空气中O₂、H₂O等分子对光纤的破坏导致传感器失效的难题，本实用新型专利提出了一种具有高可靠的光纤高温传感器及其制作方法，该高温传感器具有耐高温、耐辐射、高可靠性、分布式或准分布式测量等特点。