本實(shí)用新型涉及一種長(zhǎng)周期光纖光柵干涉型溫度傳感器，尤其是一種基于毛細(xì)玻璃管封裝的干涉型光纖溫度傳感器。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，光纖溫度傳感器因其抗電磁干擾能力強(qiáng)，體積小，響應(yīng)速度快，以及能在惡劣環(huán)境下工作和方便遠(yuǎn)程監(jiān)控遙感測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，而受到廣泛研究。

各種結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)已被應(yīng)用于構(gòu)建不同類(lèi)型的光纖溫度傳感器，現(xiàn)有的光纖溫度傳感器主要包括兩種：光強(qiáng)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型。前者，對(duì)光源的光強(qiáng)穩(wěn)定性要求較高，通常需采用參考光路的方式來(lái)補(bǔ)償光源不穩(wěn)定因素的影響，而這必然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性；后者通過(guò)檢測(cè)特定輸出光波長(zhǎng)的變化解調(diào)待測(cè)物體的溫度，降低了對(duì)光源光強(qiáng)穩(wěn)定性的要求，具有測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定、重復(fù)性好的優(yōu)勢(shì)。

目前已經(jīng)有幾種比較成熟的光纖溫度傳感器，例如：分布式光纖溫度傳感器屬于接觸式功能型溫度傳感器。當(dāng)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瑞利散射，布里淵散射以及拉曼散射現(xiàn)象，因此分布式溫度傳感器主要有基于瑞利散射，布里淵散射，拉曼散射三種現(xiàn)象的分布式溫度傳感器，目前分布式光纖溫度傳感器主要是基于拉曼散射效應(yīng)及光時(shí)域反射計(jì)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。分布式光纖溫度傳感器靈敏度很高且測(cè)溫范圍廣，但其制作成本非常高。另外一種就是光纖熒光溫度傳感器，它是將一束光照射在熒光物質(zhì)上，使之受激產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度或熒光壽命來(lái)確定環(huán)境的溫度。光纖熒光溫度傳感器具有靈敏度高，壽命長(zhǎng)，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是其制作工藝復(fù)雜且制作成本較高。最近，一種基于選擇性滲透的光子晶體光纖溫度傳感器，向光子晶體光纖的某個(gè)或某幾個(gè)微孔中注入高熱光系數(shù)的液體，這類(lèi)傳感器具有超高的溫度靈敏性，在一定范圍內(nèi)甚至達(dá)到54.3nm/℃。然而這種傳感器的量程較窄，且制造工藝復(fù)雜，如需要應(yīng)用到飛秒激光微加工等，其使用受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是要解決當(dāng)前光纖溫度傳感器存在制作工藝復(fù)雜、成本高、靈敏度低或量程小等問(wèn)題，為此提供一種基于毛細(xì)玻璃管封裝的干涉型光纖溫度傳感器。

本實(shí)用新型的具體方案是：一種基于毛細(xì)玻璃管封裝的干涉型光纖溫度傳感器，其特征是：包括兩個(gè)同軸布置的單模光纖、一個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵和一個(gè)毛細(xì)玻璃管；兩個(gè)單模光纖分別作為光源輸入端和輸出端，長(zhǎng)周期光纖光柵錯(cuò)位熔接在兩個(gè)單模光纖之間，以構(gòu)成光纖干涉儀；毛細(xì)玻璃管套裝在光纖干涉儀上，并且毛細(xì)玻璃管的兩端分別通過(guò)密封膠與兩個(gè)單模光纖密封為一體，在毛細(xì)玻璃管內(nèi)封裝有溫度敏感性液體。

本實(shí)用新型中所述長(zhǎng)周期光纖光柵的纖芯與兩個(gè)單模光纖的纖芯錯(cuò)位的長(zhǎng)度為2-4μm。

本實(shí)用新型中所述長(zhǎng)周期光纖光柵由單模光纖在剝?nèi)ネ扛矊雍螅酶哳lCO₂激光器直接刻寫(xiě)制備而成，并且其光柵周期為596μm,光柵條紋數(shù)為42個(gè)，光柵長(zhǎng)度為25mm。

本實(shí)用新型中所述溫度敏感性液體為異丙醇或酒精，密封膠為AB膠。

本實(shí)用新型的具體工作原理是:通過(guò)用高頻CO₂激光器在單模光纖上刻寫(xiě)長(zhǎng)周期光纖光柵，然后將此長(zhǎng)周期光纖光柵的兩側(cè)與單模光纖錯(cuò)位熔接，以此制得光纖干涉儀。單模光纖在與長(zhǎng)周期光纖光柵熔接時(shí)，調(diào)節(jié)了光纖端面正對(duì)的面積，導(dǎo)致熔接點(diǎn)處兩根光纖沒(méi)有完全對(duì)齊,從而在第一個(gè)連接處輸入單模光纖中原本以纖芯模式存在的光一部分泄露到第二段光纖光柵的包層中，以包層模的形式傳播；另一部分光耦合進(jìn)第二段光纖光柵的纖芯，以纖芯模形式傳播。包層模和纖芯模在第二個(gè)熔接點(diǎn)處相遇產(chǎn)生干涉，由于中間連接有長(zhǎng)周期光纖光柵使干涉更容易發(fā)生，然后耦合的模形式從輸出端單模光纖中輸出。由于包層模與外界玻璃管中液體相接觸,其有效折射率隨著周?chē)后w的折射率變化而發(fā)生變化；纖芯模與外界液體不接觸，其有效折射率保持不變，因此，包括兩個(gè)拼接點(diǎn)及其之間的長(zhǎng)周期光纖光柵可以看成是光纖內(nèi)共軸的馬赫-曾德干涉儀，纖芯和包層分別充當(dāng)參考臂和傳感臂。如果相位差為π的偶數(shù)倍，則對(duì)應(yīng)光纖干涉儀透射光譜中的波峰，如果包層模和纖芯模相位差為π的奇數(shù)倍，則對(duì)應(yīng)光纖干涉儀透射光譜中的波谷。光纖干涉儀透射光譜的波峰或波谷對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)隨著外界液體折射率的變化而發(fā)生變化。將此光纖干涉儀浸入溫度敏感性的液體（異丙醇或酒精）中，由于液體折射率隨溫度變化發(fā)生顯著變化，因此該光纖干涉儀的透射光譜會(huì)隨環(huán)境溫度的變化發(fā)生相應(yīng)的漂移，通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)的漂移量就可以測(cè)量環(huán)境溫度。另外，單模光纖與長(zhǎng)周期光纖光柵錯(cuò)位連接時(shí)有一個(gè)最佳錯(cuò)位連接點(diǎn)，在該處最容易發(fā)生干涉，能夠提高該傳感器對(duì)溫度的靈敏度。最后，長(zhǎng)周期光纖光柵與單模光纖進(jìn)行錯(cuò)位熔接，能夠產(chǎn)生更多的強(qiáng)度比較大的干涉條紋，利用不同干涉條紋能夠進(jìn)行多參量的同時(shí)測(cè)量，提高了該傳感器的應(yīng)用范圍。

本實(shí)用新型通過(guò)將長(zhǎng)周期光纖光柵與兩個(gè)單模光纖錯(cuò)位熔接在一起而制成光纖干涉儀，并在光纖干涉儀外套裝封裝有溫度敏感性液體的毛細(xì)玻璃管，以此制得光纖溫度傳感器，從而本實(shí)用新型不僅制作簡(jiǎn)單、成本低廉，而且溫度測(cè)量的量程大、靈敏度高。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—毛細(xì)玻璃管，2—光纖干涉儀,2a—單模光纖，2b—單模光纖，2c—長(zhǎng)周期光纖光柵，3—密封膠，4—溫度敏感性液體，5—寬帶光源，6—光纖光譜儀。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，一種基于毛細(xì)玻璃管封裝的干涉型光纖溫度傳感器，包括兩個(gè)同軸布置的單模光纖2a和2b、一個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵2c和一個(gè)毛細(xì)玻璃管1；單模光纖2a作為光源的輸入端，單模光纖2b作為光源的輸出端，長(zhǎng)周期光纖光柵2c錯(cuò)位熔接在兩個(gè)單模光纖之間，以構(gòu)成光纖干涉儀2；毛細(xì)玻璃管1套裝在光纖干涉儀2上，并且毛細(xì)玻璃管1的兩端分別通過(guò)密封膠3與兩個(gè)單模光纖2a和2b密封為一體，在毛細(xì)玻璃管1內(nèi)封裝有氣化溫度在70℃～80℃的溫度敏感性液體4。

本實(shí)施例中所述長(zhǎng)周期光纖光柵2c的纖芯與兩個(gè)單模光纖2a和2b的纖芯錯(cuò)位的長(zhǎng)度為2-4μm,具體為2μm。

本實(shí)施例中所述長(zhǎng)周期光纖光柵2c由單模光纖在剝?nèi)ネ扛矊雍螅酶哳lCO₂激光器直接刻寫(xiě)制備而成，并且其光柵周期為596μm,光柵條紋數(shù)為42個(gè)，光柵長(zhǎng)度為25mm。

本實(shí)施例中所述溫度敏感性液體4為異丙醇或酒精，密封膠3為AB膠。

本實(shí)用新型的制作過(guò)程如下：

第一步：用高頻CO₂激光器刻寫(xiě)一個(gè)長(zhǎng)周期光纖光柵。取一段普通單模光纖剝?nèi)ネ扛矊铀椒胖玫礁哳lCO₂激光器下，設(shè)置柵距為Λ =596μm，周期個(gè)數(shù)為N =42。在這個(gè)參數(shù)下可以刻寫(xiě)得到長(zhǎng)周期光纖光柵；

第二步：將長(zhǎng)周期光纖光柵兩側(cè)用光纖切割刀切割平整和兩側(cè)的單模光纖熔接，使得熔接點(diǎn)處兩光纖纖芯發(fā)生一定程度錯(cuò)位，以制得光纖干涉儀，其中長(zhǎng)周期光纖光柵的纖芯與兩個(gè)單模光纖的纖芯錯(cuò)位長(zhǎng)度為2μm;

第三步：將已制備的光纖干涉儀穿插進(jìn)內(nèi)徑大于125微米的毛細(xì)玻璃管中，保證長(zhǎng)周期光纖光柵和兩側(cè)連接部位全部處于毛細(xì)玻璃管中；

第四步：將插有光纖干涉儀的毛細(xì)玻璃管豎直放置，在毛細(xì)管上端口徑處滴一滴溫度敏感性的液體，如異丙醇、酒精，該液體在自重作用下會(huì)迅速充滿(mǎn)毛細(xì)玻璃與光纖干涉儀所圍成的夾層空間；

第五步：將毛細(xì)玻璃管的兩端與兩個(gè)單模光纖的側(cè)壁用AB膠進(jìn)行密封，至此基于毛細(xì)玻璃管封裝的干涉型光纖溫度傳感器即制備完成。

在應(yīng)用時(shí)，將光纖溫度傳感器輸入端和輸出端的兩個(gè)單模光纖2a和2b通過(guò)常用的普通單模光纖對(duì)應(yīng)與寬帶光源5和光纖光譜儀6相連。將此光纖傳感器置于可控溫度場(chǎng)中，改變傳感器周?chē)h(huán)境溫度，即可得到一組已知溫度下光纖傳感器透射光譜的某一個(gè)特定的諧振峰波長(zhǎng)值。應(yīng)用數(shù)學(xué)分析，得到諧振峰波長(zhǎng)值與溫度的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，即完成了傳感器的定標(biāo)。將定標(biāo)過(guò)的光纖傳感器置于待測(cè)溫度場(chǎng)中，根據(jù)測(cè)量得到的透射光譜的諧振峰波長(zhǎng)值和定標(biāo)函數(shù)關(guān)系，即可獲知待測(cè)溫度場(chǎng)的溫度。