一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，包括光源、光纖、光譜儀，所述的光纖為Y型多模光纖，Y型多模光纖的公共端與出射耦合透鏡相連；反射鏡與被測物體表面接觸，反射鏡的反面設有熒光粉，同時出射耦合透鏡在反射鏡的反射光路上；Y型多模光纖的分叉端的一端與光源相連，Y型多模光纖的分叉端的另一端與光譜儀相連。本實用新型專利技術所述的裝置小巧簡便、制作成本低，在遠距離式測溫領域有較高的實際應用價值。本實用新型專利技術將熒光粉摻雜在金屬反射鏡中，使得傳感器整體靈敏度更高、測溫范圍更寬、溫度穩定性更好。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種光纖傳感器，更具體地說，涉及一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器。
技術介紹
光纖溫度傳感器以其精度高、傳感范圍寬、不受電磁干擾等優點，已廣泛應用于智能電網、生物醫療、石油化工、工業微波、電源管理和軍事國防等領域。特別地，利用純光學原理進行參數測量的熒光光纖溫度傳感器具有傳統傳感技術所無法比擬的優勢而受到越來越多研究人員的關注。雖然市場上一些熒光光纖溫度傳感器已經實現小批量生產，但隨著應用領域的不斷擴展，性能優越的熒光材料不斷涌現，傳感器的設計面臨著新的機遇與挑戰。中國技術專利ZL 201020193493. 2公開了一種基于熒光壽命檢測的熒光光纖溫度傳感器，以解決傳統光纖溫度傳感器結構較復雜、測量精度較低、受光強變化影響大等問題。該熒光光纖溫度傳感器包括光源驅動電路、熒光激勵光源、光路耦合系統、熒光光纖測溫探頭、熒光信號檢測處理系統和顯示系統；熒光光纖測溫探頭由傳光光纖、熒光材料和保護套組成，熒光材料用環氧膠粘接于傳光光纖的末端，熒光材料和傳光光纖作為整體完全由保護套包裹。上述技術專利雖然在一定程度上傳統光纖溫度傳感的結構復雜、體積大、重量高、測量精度較低、測量范圍小，抗腐蝕、抗電磁干擾能力弱等缺點，但其仍存在不足(I)、基于熒光壽命的光纖溫度傳感器在遠距離非接觸溫度傳感方面受限，不能滿足在惡劣環境下的物體表面的溫度測量，而且存在工藝復雜、成本高等缺點；(2)、包含光路耦合系統，包括多個耦合透鏡，結構顯得復雜，工作穩定性有待提聞。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種小巧簡便、制作成本低、靈敏度高、測溫范圍寬、成本低、溫度穩定性好的采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器。本技術的技術方案如下一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，包括光源、光纖、光譜儀，所述的光纖為Y型多模光纖，Y型多模光纖的公共端與出射耦合透鏡相連；反射鏡與被測物體表面接觸，反射鏡的反面設有熒光粉，同時出射耦合透鏡在反射鏡的反射光路上；γ型多模光纖的分叉端的一端與光源相連，Y型多模光纖的分叉端的另一端與光譜儀相連。作為優選，所述的出射耦合透鏡安裝在石英管中，Y型多模光纖的公共端與石英管相連。作為優選，所述的反射鏡安裝在石英管中，反射鏡設有熒光粉的一面倒扣在石英管中，反射鏡的另一面對應的位置上安裝有反射耦合透鏡。作為優選，所述的反射鏡是金屬反射鏡。作為優選，所述的光譜儀其探測器的響應波長范圍在20(Tll00nm。作為優選，所述的熒光粉是NaYF4: Yb3+/Er3+。作為優選，所述的光源為980nm泵浦光源。作為優選，所述的突光粉是粉末狀突光粉。本技術的有益效果如下采用本技術所述的技術方案，針對遠距離非接觸溫度傳感，公開了一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器。用于測量不同距離的溫度，在惡劣環境下物體表面溫度的非接觸測量有很大的應用前景。本技術所述的裝置小巧簡便、制作成本低，在遠距離式測溫領域有較高的實際應用價值。本技術將熒光粉摻雜在金屬反射鏡中，使得傳感器整體靈敏度更高、測溫范圍更寬、溫度穩定性更好。附圖說明圖I是基于本技術的實驗測量的連接示意圖；圖2是基于本技術的低溫實驗測量所得到的的光譜溫度特性圖；圖3是基于本技術的高溫實驗測量所得到的的光譜溫度特性圖；圖4是基于本技術的實驗測量所得到的Er3+離子不同能級熒光發射峰值隨溫度變化曲線圖；圖5是基于本技術的實驗測量所得到的熒光強度比I519nm/I539nm與I519nm/I653nm的溫度特性圖；圖中I是光源，2是Y型多模光纖，3是光譜儀，4是出射耦合透鏡，5是反射鏡，6是反射耦合透鏡，7是石英管，8是計算機，9是溫度控制器，10是箱式電爐。具體實施方式以下結合附圖及實施例對本技術進行進一步的詳細說明。一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，包括光源I、光纖、光譜儀3，出射耦合透鏡4、反射鏡5。本實施例中，所述的光纖為Y型多模光纖2，Y型多模光纖2的公共端與出射耦合透鏡4相連，出射耦合透鏡4的出射光路上設有反射鏡5，同時出射耦合透鏡4在反射鏡5的反射光路上。所述的反射鏡5是金屬反射鏡5，表面設有熒光粉；所述的熒光粉是粉末狀NaYF4:Yb3+/Er3+熒光粉，摻雜NaYF4: Yb3+/Er3+熒光粉的金屬反射鏡5用作溫度傳感元件。Y型多模光纖2的分叉端的一端與光源I相連，所述的光源I為980nm泵浦光源I。Y型多模光纖2的分叉端的另一端與光譜儀3相連。所述的光譜儀3工作波長能覆蓋50(T700nm。為了達到更優的效果，所述的出射耦合透鏡4安裝在石英管7中，Y型多模光纖2的公共端與石英管7相連。所述的反射鏡5安裝在石英管7中，反射鏡5設有熒光粉的一面倒扣在石英管7中，反射鏡5的另一面對應的位置上安裝有反射耦合透鏡6。980nm泵浦光源I進入Y型多模光纖2的一端，經過透鏡耦合后將出射的發散光變成近似平行光束在空間中傳輸，并去激勵NaYF4:Yb3+/Er3+金屬反射鏡5發射熒光，同樣被激發的四面八方發射的熒光經過透鏡耦合成近似平行光，經原路返回從Y型多模光纖2的另一端導出，由微型光譜儀3檢測并將相應的光譜傳輸到計算機8上，根據熒光強度比和溫度的對應關系進行定標，最后輸出實測的溫度值。摻雜NaYF4:Yb3+/Er3+熒光粉的金屬反射鏡5制備過程如下用分析天平稱取等比例的NaYF4:Yb3+/Er3+熒光粉、粉末狀修補劑和膠狀修補劑。在干凈的環境下將NaYF4 = Yb3+/Er3+和粉末狀修補劑兩種粉末置于研缽中充分研磨，再加入膠狀修補劑進行二次研磨，將調成半固體糊狀制成直徑為14_的圓薄片結構粘于金屬反射鏡5的表面,反扣在內徑14_、長為13_的石英管7中。在常溫下固化16小時后放置80°C的恒溫箱2小時，此后緩慢升溫至150°C并保持2小時，緩慢冷卻至室溫完成固化。所述的修補劑為超高溫修補劑，是由湖北回天膠業股份有限公司生產的HT_767(A型)。所述的修補劑是由金屬、陶瓷、石英、纖維、高韌耐熱樹脂及固化劑組成的聚合金屬、聚合陶瓷類的雙組分材料，當兩組分充分混合后通過化學反應形成一種耐磨損、耐腐蝕、抗沖擊的高分子合金及陶瓷涂層。·通過研究發現，大部分稀土熒光材料、光纖材料在用作傳感器之前，需要進行熱處理，以保證傳感器的重復性和穩定性。經過熱處理后，傳感器的測量精度和靈敏度也會提高，但對不同的稀土熒光材料，因能承受的最高工作溫度不同，其相應熱處理的最高溫度應設定在其最高工作溫度附近，否則材料因受損而使其熒光特性急劇衰退。NaYF4:Yb3+/Er3+熒光粉是采用水熱法進行制備的，反應的最高溫度在180°C，因此本實驗的熱處理過程是將制備好的帶有熒光金屬反射鏡5的石英管7，放置在恒溫箱中，由室溫緩慢升至180°C并保持8小時。如圖I所示的實施實驗測量的連接示意圖，采用本技術所述的傳感器，還包括溫度控制器9、箱式電爐10、計算機8，測試了 25 180°C溫度下NaYF4:Yb3+/Er3+熒光粉在50(T700nm波段的熒光強度。實驗結果如圖2、圖3所示，圖2中的三條曲線，由上至下，分別表示30°C、50°C、70°C時的光譜溫度特性圖。圖3中的五條曲線，由上至下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，包括光源、光纖、光譜儀，其特征在于，所述的光纖為Y型多模光纖，Y型多模光纖的公共端與出射耦合透鏡相連；反射鏡與被測物體表面接觸，反射鏡的反面設有熒光粉，同時出射耦合透鏡在反射鏡的反射光路上；Y型多模光纖的分叉端的一端與光源相連，Y型多模光纖的分叉端的另一端與光譜儀相連。

【技術特征摘要】
1.一種采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，包括光源、光纖、光譜儀，其特征在于，所述的光纖為Y型多模光纖，Y型多模光纖的公共端與出射耦合透鏡相連；反射鏡與被測物體表面接觸，反射鏡的反面設有熒光粉，同時出射耦合透鏡在反射鏡的反射光路上；γ型多模光纖的分叉端的一端與光源相連，Y型多模光纖的分叉端的另一端與光譜儀相連。2.根據權利要求I所述的采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，其特征在于，所述的出射耦合透鏡安裝在石英管中，Y型多模光纖的公共端與石英管相連。3.根據權利要求I所述的采用熒光材料的遠距離光纖溫度傳感器，其特征在于，所述的反射鏡安裝在石英管中，反射鏡設有熒光粉的一面倒扣在石英管中，反射...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董小鵬，林靜敏，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：實用新型
國別省市：