一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器制造技術

本發明專利技術旨在克服現有光纖光柵溫度傳感器無法耐受200℃高溫及高溫環境下穩定性較差的問題，提供了一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器，感溫金屬外殼內有溫度傳感件，溫度傳感件內有一根聚酰亞胺涂覆層光纖，聚酰亞胺涂覆層光纖中有一段耐高溫光纖光柵，溫度傳感件的圓形開孔用高溫防水膠密封，感溫金屬外殼與錐形堵頭圓柱端螺紋連接，感溫金屬與溫度座螺紋連接，感溫金屬外殼中的聚酰亞胺涂覆層光纖從卡套的圓形通孔中引出，引出的聚酰亞胺涂覆層光纖穿入高溫光纜，高溫光纜卡在卡套端面的圓形通孔，卡套的圓形通孔用高溫防水膠密封，溫度座與卡套螺紋相連；該傳感器可在300℃的高溫下長期穩定使用，穩定性強，測量效果好，易于推廣。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光纖傳感
，具體涉及一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器。技術背景傳統傳感器因其易受電磁干擾，無法在惡劣環境下工作等缺點，近年來逐漸的被光纖光柵傳感器所取代，但隨著光纖光柵傳感器應用范圍的不斷擴大，人們對其性能的要求也越來越高，工業領域中有時需要用其測量較高的溫度，例如測井中的溫度會隨著開采深度的增加而不斷升高，6000米深井溫度可達200℃以上；航空航天領域中，在200千米高度，氣溫可達400℃。但普通的光纖光柵溫度傳感器在100℃以上時，光柵的反射率會降低，表現出非線性效應，無法長時間工作；當超過200℃時，光纖光柵的折射率調制效應會被擦除，涂覆層會被燒掉，導致傳感器失效。
技術實現思路
本專利技術提供一種耐高溫的的光纖光柵溫度傳感器，克服了現有的光纖光柵溫度傳感器無法耐受200℃高溫及高溫環境下穩定性較差的問題。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案實現的：一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器，包括一個圓柱形筒狀感溫金屬外殼，感溫金屬外殼兩端帶有開口，兩端的開口處均帶有相同的內螺紋，感溫金屬外殼的中部為一個圓柱形空腔，感溫金屬外殼內有溫度傳感件，其特征在于，溫度傳感件是一個整體為長方體且一端封閉、另一端中心處帶有一個圓形開孔的中空管，中空管的長度小于感溫金屬外殼的長度，溫度傳感件內有一根聚酰亞胺涂覆層光纖，位于溫度傳感件內部的聚酰亞胺涂覆層光纖中有一段耐高溫光纖光柵，溫度傳感件的圓形開孔用高溫防水膠密封，一個錐形堵頭是一端為圓錐、另一端為圓柱的金屬棒，錐形堵頭的圓柱端帶有外螺紋，感溫金屬外殼一端的內螺紋與所述錐形堵頭圓柱端的外螺紋連接，一個溫度座由兩個不同直徑的圓柱組成，溫度座直徑較小一端帶有外螺紋，溫度座帶有外螺紋的一端端面中間有方形通孔，溫度座直徑較大的一端帶有內螺紋，感溫金屬外殼另一端開口處的內螺紋與所述溫度座帶有外螺紋的一端連接，溫度傳感件與方形通孔通過高溫防水膠固定，一個卡套的一端直徑較小且帶有外螺紋，卡套另一端直徑較大、無螺紋，卡套無螺紋的一端的端面有圓形通孔，感溫金屬外殼中的聚酰亞胺涂覆層光纖從卡套的圓形通孔中引出，引出的聚酰亞胺涂覆層光纖穿入高溫光纜，高溫光纜卡在卡套無螺紋一端的端面的圓形通孔中，卡套的圓形通孔用高溫防水膠密封，溫度座的內螺紋端與所述卡套一端的外螺紋相連。進一步的技術方案包括：所述的高溫防水膠為經過紫外線照射固化的紫外膠；所述的溫度傳感件為陶瓷材質；所述的耐高溫光纖光柵是經過300℃以上高溫退火的光纖光柵。與現有技術相比專利技術的有益效果是：目前普通的光纖光柵溫度傳感器無法在200℃以上的溫度，使得在一些特殊領域下無法使用光纖光柵溫度傳感器。本專利技術選用的聚酰亞胺涂覆層光纖，其特點是涂覆層采用聚酰亞胺材料，在300℃仍可保證穩定的化學性質；在制作高溫光柵的時候，需要剝除涂覆層才能制作光柵，而聚酰亞胺涂覆層相比于普通涂覆層，硬度要高，一般的光纖剝線鉗難以將其剝除，反復使用熱撥鉗可以剝除涂覆層，但會對光纖產生機械損傷，機械損傷后光柵產生永久裂紋，隨著時間推移，裂紋侵入水氣，霧氣等，纖芯會逐漸膨脹，降低了光纖的使用壽命及穩定性，長期運行在高溫環境下非常容易斷裂；而采用濃硫酸加熱的方式剝除時，濃硫酸可起到軟化聚酰亞胺涂覆層的作用，剝除涂覆層仍需使用剝線鉗，還是會對光纖產生機械損傷，同時對操作者產生一定的危險性，所以本專利技術利用光纖熔接機來去除聚酰亞胺涂覆層，通過手動控制熔接機內部的電極放電，進而去除聚酰亞胺涂覆層，既可以控制剝除的長度，又可以保證不會對光纖產生損傷；在刻制高溫光柵的過程中，需在刻制完成后將其送入高溫爐中，進行高溫退火，光纖光柵長期處于300℃的高溫環境下，反射率經過衰退后穩定在一個固定值，此數值與退火前的光柵反射率相關，退火前的光柵反射率越高，則退火后的光柵反射率也越高，經退火后的光柵便可以在300℃的高溫下長期的穩定使用。溫度傳感件采用陶瓷管，陶瓷在高溫環境下相比于金屬而言硬度強，化學穩定性更好；同時，光纖光柵在陶瓷管內封裝，光柵處于自由狀態，消除了軸向應力的影響，對光柵起到了很好的保護作用。附圖說明圖1為本專利技術所述的一種在高溫下可以長期測試的光纖光柵溫度傳感器的正視圖；圖2為本專利技術一種在高溫下可以長期測試的光纖光柵溫度傳感器的各部件連接關系正視圖；圖3為使用本專利技術所述的傳感器測量出的同一環境下溫度與波長關系的曲線圖；圖4為使用本專利技術所述的傳感器與鉑電阻溫度傳感器在同一環境下，測量出的溫度與時間關系的曲線圖；圖中：1、錐形堵頭，2、金屬感溫外殼，3、溫度傳感器件，4、溫度座，5、卡套，6、耐高溫光纖光柵，7、聚酰亞胺涂覆層光纖，8、高溫光纜。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做詳細的描述：如圖1和圖2所示，一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器，包括一個圓柱形筒狀感溫金屬外殼2，感溫金屬外殼2兩端帶有開口，兩端的開口處均帶有M6的內螺紋，感溫金屬外殼2中部為一個圓柱形空腔，感溫金屬外殼2內有溫度傳感件3，溫度傳感件3是一個整體為長方體的中空管且一端封閉、另一端中心處帶有一個直徑為3.5mm的圓形開孔，中空管的長度小于感溫金屬外殼2的長度，溫度傳感件3內有一根聚酰亞胺涂覆層光纖7，位于溫度傳感件3內部的聚酰亞胺涂覆層光纖7中有一段耐高溫光纖光柵6，溫度傳感件3直徑3.5mm的圓形開孔用高溫防水膠密封，一個錐形堵頭1是一端為圓錐，另一端為圓柱的金屬棒，錐形堵頭的圓柱端帶有M6外螺紋，感溫金屬外殼2一端的M6內螺紋與錐形堵頭1圓柱端的M6外螺紋連接，直徑較小一端帶有M6外螺紋，一個溫度座4由兩個不同直徑的圓柱組成，溫度座4帶有外螺紋的一端端面中間有一個3.5mm*3.5mm的方形通孔，溫度座4直徑較大的一端帶有M10內螺紋，感溫金屬外殼2另一端開口處的M6內螺紋與所述溫度座4的帶有M6外螺紋的一端連接，卡套5一端直徑較小，帶有M10外螺紋，卡套5另一端直徑為12mm，無螺紋，卡套5的12mm直徑端端面有直徑為3mm的圓形通孔，感溫金屬外殼2中的聚酰亞胺涂覆層光纖7從3mm直徑的圓形通孔中引出，引出的聚酰亞胺涂覆層光纖7穿入高溫光纜8，高溫光纜8卡在卡套5無螺紋一端的端面的直徑為3mm圓形通孔中，卡套5的圓形通孔用高溫防水膠密封，溫度座4的M10內螺紋端與卡套5一端的M10外螺紋相連，其中所述的溫度傳感件3為陶瓷材質，所述耐高溫光纖光柵6是經過300℃以上高溫退火的光纖光柵。結合圖3所示，圖3為使用本專利技術所述的傳感器測量出的同一環境下溫度與波長關系的曲線圖，其中橫坐標代表波長值，范圍為1529nm到1532.5nm，縱坐標代表溫度，范圍為-50℃到350℃。圖中為兩條測試曲線，一條為-5℃測試到+300℃的波長與溫度的關系，另一條為+300℃到-5℃的波長與溫度的關系，兩條曲線的重合度很高，說明本專利技術的重復性很好，溫度與波長可以相互對應。結合圖4所示，圖4為使用本專利技術所述的傳感器與鉑電阻溫度傳感器在同一環境下，測量出的溫度與時間關系的曲線圖。橫坐標代表時間，范圍為0天到180天，縱坐標代表溫度，范圍為+299℃到+301℃。圖中為兩條曲線，一條為使用本專利技術所述的傳感器在180天內，對300℃進行測量得到的曲線，另一條為使用鉑電阻溫度傳感器在180天內，對300本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器，包括一個圓柱形筒狀感溫金屬外殼(2)，感溫金屬外殼(2)兩端帶有開口，兩端的開口處均帶有相同的內螺紋，感溫金屬外殼(2)的中部為一個圓柱形空腔，感溫金屬外殼(2)內有溫度傳感件(3)，其特征在于，溫度傳感件(3)是一個整體為長方體且一端封閉、另一端中心處帶有一個圓形開孔的中空管，中空管的長度小于感溫金屬外殼(2)的長度，溫度傳感件(3)內有一根聚酰亞胺涂覆層光纖(7)，位于溫度傳感件(3)內部的聚酰亞胺涂覆層光纖(7)中有一段耐高溫光纖光柵(6)，溫度傳感件(3)的圓形開孔用高溫防水膠密封，一個錐形堵頭(1)是一端為圓錐、另一端為圓柱的金屬棒，錐形堵頭(1)的圓柱端帶有外螺紋，感溫金屬外殼(2)一端的內螺紋與所述錐形堵頭(1)圓柱端的外螺紋連接，一個溫度座(4)由兩個不同直徑的圓柱組成，溫度座(4)直徑較小一端帶有外螺紋，溫度座(4)帶有外螺紋的一端端面中間有方形通孔，溫度座(4)直徑較大的一端帶有內螺紋，感溫金屬外殼(2)另一端開口處的內螺紋與所述溫度座(4)帶有外螺紋的一端連接，溫度傳感件(3)與方形通孔通過高溫防水膠固定，一個卡套(5)的一端直徑較小且帶有外螺紋，卡套(5)另一端直徑較大、無螺紋，卡套(5)無螺紋的一端的端面有圓形通孔，感溫金屬外殼(2)中的聚酰亞胺涂覆層光纖(7)從卡套(5)的圓形通孔中引出，引出的聚酰亞胺涂覆層光纖(7)穿入高溫光纜(8)，高溫光纜(8)卡在卡套(5)無螺紋一端的端面的圓形通孔中，卡套(5)的圓形通孔用高溫防水膠密封，溫度座(4)的內螺紋端與所述卡套(5)一端的外螺紋相連。...

【技術特征摘要】
1.一種耐高溫的光纖光柵溫度傳感器，包括一個圓柱形筒狀感溫金屬外殼(2)，感溫金屬外殼(2)兩端帶有開口，兩端的開口處均帶有相同的內螺紋，感溫金屬外殼(2)的中部為一個圓柱形空腔，感溫金屬外殼(2)內有溫度傳感件(3)，其特征在于，溫度傳感件(3)是一個整體為長方體且一端封閉、另一端中心處帶有一個圓形開孔的中空管，中空管的長度小于感溫金屬外殼(2)的長度，溫度傳感件(3)內有一根聚酰亞胺涂覆層光纖(7)，位于溫度傳感件(3)內部的聚酰亞胺涂覆層光纖(7)中有一段耐高溫光纖光柵(6)，溫度傳感件(3)的圓形開孔用高溫防水膠密封，一個錐形堵頭(1)是一端為圓錐、另一端為圓柱的金屬棒，錐形堵頭(1)的圓柱端帶有外螺紋，感溫金屬外殼(2)一端的內螺紋與所述錐形堵頭(1)圓柱端的外螺紋連接，一個溫度座(4)由兩個不同直徑的圓柱組成，溫度座(4)直徑較小一端帶有外螺紋，溫度座(4)帶有外螺紋的一端端面中間有方形通孔，溫度座(4)直徑較大的一端帶有內螺紋，感溫金...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張天瑜，王成明，鄭羽，林君，張義鑫，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22