一種單晶光纖螢光溫度傳感器探頭及其製備方法
2023-05-05 03:44:56 1
專利名稱：一種單晶光纖螢光溫度傳感器探頭及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種單晶光纖螢光溫度傳感器探頭及其製備方法，屬於光纖溫度傳感器領域。
背景技術：
在工業生產和科研中為了保證產品質量和設備的安全運行往往需要對溫度 、壓力等參數進行精確測量和控制。但普通的熱電偶等測溫傳感器難以使用於強電磁幹擾下的溫度測量。光纖傳感器本質上具有抗電磁幹擾等重要的性能，因此非常適合各種強電磁幹擾條件下的參數測量。螢光型光纖溫度傳感器的基本工作原理為在一定條件下，螢光發射體的螢光強度 、螢光壽命、螢光發射光譜強度比例變化與所處環境溫度相關，通過檢測螢光發射體的螢光強度、螢光壽命與螢光光譜強度比例的變化等可知螢光發射體所處環境溫度。因此各種螢光材料可應用於溫度等參數傳感測量。通常螢光型光纖溫度傳感器的基本結構為作為傳感元件的螢光發射體置於傳導用Y型石英光纖的端部，從Y型傳導光纖一端導入的脈衝激發光使螢光發射體產生螢光發射，該螢光信號由Y型光纖另一端導出，由光電探測器接收並放大後由信號處理電路得到其螢光信號。根據螢光信號與溫度的對應關係，即可得到作為傳感頭的螢光發射體處的工作溫度。一般要求作為傳感用的螢光發射體具有以下條件具備良好的物理化學性能、易於實現在合適波段上的強螢光發射、確定的螢光溫度特性等。目前用作溫度傳感用螢光發射體的主要有各類單晶體，如紅寶石(Cr3+:A1203)、釔鋁石榴石(Nd3+ = YAG)和螢光玻璃等。一般來說溫度對螢光發射體的螢光強度、螢光壽命、螢光發射光譜比例都有一定的影響，因此可以分別製成基於螢光強度、螢光壽命或螢光光譜比例等的螢光溫度傳感系統。但是普通的基於石英光纖的螢光溫度傳感頭，需要使用將光纖與螢光材料連接的固定裝置，在連接處存在光學端面反射等損耗，此外，受石英光纖本身工作溫度和機械強度等限制，難以在更高溫度下使用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種單晶光纖螢光溫度傳感器探頭及其製備方法。為實現上述目的，本發明所採取的技術方案是該單晶光纖螢光溫度傳感器探頭由單晶光纖與螢光光纖探頭直接生長為一體。進一步地，本發明所述單晶光纖螢光溫度傳感器探頭，其特徵在於所述單晶光纖的材料為Al2O3或Y3Al5O1215本發明單晶光纖螢光溫度傳感器探頭的製備方法如下使用附著方法在清潔的單晶源棒一端附上一層螢光氧化物，接著將附著了螢光氧化物的單晶源棒安裝到雷射加熱基座法生長裝置的源棒夾具中，並將單晶光纖籽晶安裝到雷射加熱基座法生長裝置的籽晶夾具中；將兩束CO2雷射束聚焦到單晶源棒的頂端，待單晶源棒的頂端熔化形成穩定熔區後，將所述籽晶夾具中的單晶光纖籽晶點入單晶源棒頂端的所述熔區而形成單晶光纖生長熔區；接著將單晶光纖籽晶以提拉速度&向上提拉，同時將單晶源棒以饋送速度Ks向上饋送， 從而生長出單晶光纖，單晶光纖提拉速度&與單晶源棒饋送速度Ks滿足以下關係
權利要求
1.一種單晶光纖螢光溫度傳感器探頭，其特徵在於由單晶光纖(1)與螢光光纖探頭(2)直接生長為一體。
2.根據權利要求1所述的單晶光纖螢光溫度傳感器探頭，其特徵在於所述單晶光纖(1)的材料為Al2O3 或 Y3Al5O1215
3.—種權利要求1或2的單晶光纖螢光溫度傳感器探頭的製備方法，其特徵在於使用附著方法在清潔的單晶源棒(5)—端附上一層螢光氧化物(6)，接著將附著了螢光氧化物(6)的單晶源棒(5)安裝到雷射加熱基座法生長裝置的源棒夾具中，並將單晶光纖籽晶(3)安裝到雷射加熱基座法生長裝置的籽晶夾具中；將兩束CO2雷射束聚焦到單晶源棒(5) 的頂端，待單晶源棒(5)的頂端熔化形成穩定熔區後，將所述籽晶夾具中的單晶光纖籽晶 (3)下降點入到單晶源棒頂端的所述熔區而形成單晶光纖生長熔區(4);接著將單晶光纖籽晶(3)以提拉速度Vf向上提拉，同時將單晶源棒(5)以饋送速度Vs向上饋送，從而生長出單晶光纖，單晶光纖提拉速度&與單晶源棒饋送速度Ks滿足以下關係[VDf = H-x￡),J F>式中，凡、久分別為生長出的單晶光纖直徑和單晶源棒直徑；當單晶源棒上附著的螢光氧化物(6)饋送進入到單晶光纖生長熔區(4)後，生長出的單晶光纖摻入了用於螢光溫度傳感的螢光離子而在單晶光纖上生長出螢光光纖探頭(2)，得到所述單晶光纖螢光溫度傳感器探頭。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵是所述單晶光纖(1)的直徑為IOOym 1000 μ HIo
5.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵是所述螢光氧化物(6)為過渡離子氧化物或稀土離子氧化物。
6.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵是所述附著方法為塗敷或蒸鍍。
全文摘要
本發明公開了一種單晶光纖螢光溫度傳感器探頭及其製備方法，屬光纖溫度傳感器領域。本發明單晶光纖螢光溫度傳感器探頭由單晶光纖與螢光光纖探頭直接生長為一體。本發明用雷射加熱基座法製備得到耐高溫氧化物單晶光纖與溫度敏感螢光材料一體連接的單晶光纖螢光溫度傳感器探頭，無光學膠粘劑和探頭固定外套，在連接處無光學端面反射等損耗，整體結構具有耐高溫、探頭熱響應快等優點。
文檔編號G01K11/32GK102297733SQ20111013941
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者葉林華, 吳月霞, 鄧湘元 申請人:浙江大學