[发明专利]一种高速动态测温的微纳光纤光栅传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高速动态测温的微纳光纤光栅传感器及其制作方法，装置包括支架和微纳光纤；微纳光纤内刻制有微纳光纤光栅；微纳光纤外壁上镀有金属层；所述支架为柱体；柱体上设有贯穿柱体侧壁的通槽；柱体一端设有右端固定区，另一端设有与右端固定区相对应的左端固定区；带有金属层的微纳光纤安装在右端固定区和左端固定区中，微纳光纤光栅位于通槽内；本发明不仅可实现高速动态测温，还具有较好的结构强度，以及耐高温能力。

技术领域

本发明涉及温度传感测量领域，具体涉及一种高速动态测温的微纳光纤光栅传感器及其制作方法。

背景技术

瞬态温度是燃烧、高速传热等应用场合下高温流场及耐温器件热力学分析的重要参数，对瞬态温度的高速动态准确测量在航空、国防、工业等诸多领域具有至关重要的作用。如航空发动机燃烧室温度超过1600℃，为便于飞行控制，高机动性战机发动机的测温响应时间需小于10ms；导弹燃气射流、弹药爆炸、枪炮管内外壁等武器研究中也都涉及瞬态温度测量，测温范围达数千摄氏度，瞬态响应要求在μs甚至更低。这些场合具有温度高、温变范围大且变化速度快、测量环境恶劣、难以重复等特点，对测量要求极高，难度极大。目前普遍采用的热电偶测温方式，在抗电磁干扰、体积、响应速度等方面，均存在不足。采用热丝热线的方式，测温上限仅在150℃，不能满足高温测量需求。而光纤传感技术则具有抗干扰、体积小、高精度、高可靠性等优势，可适应一些恶劣环境条件下温度测量的需求。但普通光纤直径为125μm，进行高速动态温度测量时，由于自身热容的限制，响应时间仅能在10ms量级，不能进行更高速的温度测量。

因此，现有技术中需要一种能够解决上述问题的测温传感器。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种高速动态测温的微纳光纤光栅传感器，包括支架和微纳光纤。

所述微纳光纤内刻制有微纳光纤光栅。所述微纳光纤外壁上镀有金属层。

所述支架为柱体。所述柱体上设有贯穿柱体侧壁的通槽。所述柱体一端设有右端固定区，另一端设有与右端固定区相对应的左端固定区。

带有所述金属层的微纳光纤安装在右端固定区和左端固定区中。所述微纳光纤光栅位于通槽内。

工作时，温度场变化使微纳光纤产生热光效应，温度变化使热光效应的程度发生变化，使微纳光纤光栅的折射率调制程度发生变化。

进一步，所述微纳光纤光栅是通过紫外掩模光刻、飞秒激光或聚焦等离子体刻制。

进一步，所述右端固定区和左端固定区上均设有供带有金属层的微纳光纤穿过的通孔。

进一步，带有所述金属层的微纳光纤穿入在右端固定区的通孔和左端固定区的通孔中，通过电镀固定。

进一步，所述支架的材质为不锈钢。

本发明还公开一种基于高速动态测温的微纳光纤光栅传感器的传感系统，所述微纳光纤光栅传感器与测量仪相连。所述测量仪包括光源、耦合器、光谱仪和计算机。

所述耦合器的输入端通过光纤与光源连接。所述耦合器的耦合端通过光纤与微纳光纤光栅传感器连接。所述耦合器的输出端通过光纤连接光谱仪。所述光谱仪与计算机网络连接。

在测量时，所述微纳光纤光栅传感器置于测温环境中。入射光从光源中输出，进入耦合器的输入端后，经耦合器的耦合端传播至微纳光纤光栅传感器。光被微纳光纤光栅反射和折射后，输出光谱至耦合器。所述耦合器的输出端输出光谱至光谱仪。所述光谱仪解调后将光谱信息转化为温度数据，并将温度数据传输至计算机。

本发明还公开一种高速动态测温的微纳光纤光栅传感器的制作方法，包括如下步骤：

1)在支架的两端上设置右端固定区和左端固定区。其中，所述支架为柱体。所述柱体上设有贯穿柱体侧壁的通槽。