专利名称：全光纤型温度传感装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感领域，特别涉及中低温温度传感领域。
背景技术：
光纤温度传感系统主要应用于易燃易爆、强电磁场等领域，光纤传感因其抗电磁干扰能力强、抗腐蚀等优点，是目前的研究热点。
其中半导体型光纤测温系统是目前比较成熟的一种方案，见图1，1为输入输出光纤，2为砷化镓材料，3为外套管。这种系统的优点是，采取双波长技术，可靠性好，体积小，但也有缺点，即对波长稳定性要求高，另当温度上升时，传感探头输出光功率与温度是指数函数关系，随着温度的升高，输出光功率变化越来越小，到150度以上时，实用性就比较差了，另由于2的插入，使得传感探头的插入损耗较大。
其它测温系统，如光纤光栅温度传感系统，喇曼反射温度传感系统，其成本都过高。
实用新型专利92229667.7提供了一种较好的解决方案，但制作起来较困难，可靠性与产品一致性难保证。
本发明的目的在于提供一种更简单、成本更低、可靠性更好的光纤温度传感器。
有必要先介绍一下光纤截面结构与传输特性。见图2，6为光纤芯层，折射率最高，7为光纤包层，折射率次之，6与7一般为玻璃材料，5为光纤涂覆层，折射率小于6与7，一般为高分子聚合物，起保护作用。光线在6与7的界面发生全反射，使得光线在光纤芯层6中几乎无损耗地传播。但光纤弯曲时，原来在纤芯中以导模形式传播的功率将部分的转化为辐射模功率并逸出纤芯形成损耗。

发明内容
本发明的目的在于设计出一种成本更低、可靠性更好、结构更简单的光纤温度传感器。
本发明的目的是这样实现的将普通光纤涂覆层5去掉，换成折射率温度系数较大的材料，再将光纤弯曲，甚至绕成光纤圈，见图3，8为输入光纤，9为光纤圈(可以是半圈，可以是整圈，甚至多圈)，10为输出光纤。8与10之间存在一定的插入损耗，是由于9的弯曲损耗造成的，当光沿着9传播时，由于9中光纤曲率半径超过光纤最小无损耗弯曲半径，因此不断有光从光纤芯层6中穿过包层7泄漏到涂覆层5中损耗掉，由于5折射率比7小，因此部分光将被5反射回7中转播，进而回到芯层6。在某一温度，5、6、7的折射率是一定值，因而弯曲损耗是一定的，当温度变化时，5、6、7折射率都在发生变化，一般6与7折射率相对变化较小，光线从7中辐射能量基本不变，而5折射率变化相对较大，使得5反射回7的光能也发生变化，造成宏观上9的弯曲损耗发生变化，因而8与10之间插入损耗也发生变化，探测8与10之间光功率的变化量，可以获得温度变化的精确信息。从而实现光纤温度测量的目的。
进一步方案，将一段光纤的包层7也采用较大折射率温度系数的材料，并将这段光纤进行适当弯曲固定，当温度变化时，光纤芯层与包层折射率差发生改变，由于这段光纤处于弯曲状态，光纤弯曲损耗也将发生变化。根据弯曲损耗的变化量，可以很好的获得温度信息，从而同样可以实现光纤温度测量目的。
很多高分子材料，其折射率温度系数都较大，例如聚酰亚氨等，另外硅和铌酸锂等材料的折射率温度系数也较高。这些材料都可以用于本发明。
本发明，全光纤型温度传感装置，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.本发明由于采用具有较大折射率温度系数的材料作为光纤的涂覆层或包层，并将这段光纤弯曲，使得光纤弯曲损耗随温度变化而变化，其线性度非常好，且探头成本较低，结构简单。
2.本发明由于采用光纤圈结构，使得光纤弯曲长度可以很长，并集中于一点测温，巧妙地提高了测量温度的灵敏度，同时使光纤弯曲半径不至于过小而导致探头插损过大。


通过以下对本发明全光纤型温度传感装置若干实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为
图1 半导体测温探头图2 光纤截面图3 发明方案图4 实施例一图五实施例二具体实施方式
请参见图4所示，这是本发明全光纤型温度传感装置一种实施例。其中11为光源，12为光电探测器。弯曲光纤为单模光纤，涂覆层为聚酰亚氨，耐温200度以上，折射率温度系数在10-4量级，光纤圈9匝数为30匝，温度由35摄氏度升到135摄氏度时，8与10间插损变化10dB。当温度变化时，12的输出电流将发生改变，据此实现温度探测监控。
请参见图5所示，这是本发明全光纤型温度传感装置另一种实施例。其中13为反射境(带45度法拉第旋转片)，14为Y分支光分路器。光源11发射的光经14进入8，在9中衰减，进入10，后被反射境13反射。由于10与13之间有45度法拉第旋转片，因此回到光线10中时，原TE模变为TM模，原TM模变为TE模，克服了光路中偏振相关的影响。光线经10回到9中进一步衰减(增加了光纤探温部分长度)，经8进入光分路器14，其中部分光进入光探测器12。当温度变化时，12的输出电流将发生改变，据此实现温度探测监控。
总之，本发明提出了将折射率温度系数较大的材料作为光纤涂覆层或包层，并将这段光纤弯曲，甚至绕成光纤圈的方法，利用该方法做成的光纤温度传感探头，具有可靠性高，成本低，重复性与稳定性好等特点。
权利要求
1.一种全光纤型温度传感装置，其特征在于处于弯曲状态的光纤包层或涂覆层材料折射率温度系数较大。
2.如权利要求1所述的一种装置，其特征在于所采用的光纤，可以是单模光纤，也可以是多模光纤。
3.如权利要求2所述的一种装置，其特征在于处于弯曲状态的光纤构成含有一圈以上光纤的光纤圈。
4.如权利要求3所述的一种装置，其特征在于光纤涂覆层为折射率温度敏感的高分子聚合物材料。
5.如权利要求3所述的一种装置，其特征在于光纤包层为硅或铌酸锂等折射率温度系数较大的无机透明光学材料。
全文摘要
本发明属于光纤传感领域，是一种全光纤型温度传感装置。将折射率温度系数较大的材料作为光纤涂覆层或包层，并将这段光纤弯曲，甚至绕成光纤圈，使得光纤弯曲损耗随温度变化而变化，巧妙地提高了温度灵敏度，利用该方法做成的光纤温度传感探头，具有可靠性高，成本低，线性度好，稳定性高等特点。
文档编号G01K11/00GK1616935SQ200310111350
公开日2005年5月18日 申请日期2003年11月10日 优先权日2003年11月10日
发明者张立国 申请人:张立国