一种光纤光栅温度传感器的制作方法

1.本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种光纤光栅温度传感器。


背景技术：

2.光纤光栅具有尺寸小、重量轻、本质安全、抗电磁干扰、耐腐蚀、寿命长、易于复用等一系列优点，近年来成为发展最为迅速的光纤无源器件之一，在光纤传感技术领域备受青睐。光纤光栅传感器，能够实现对温度、应变、压力、振动、位移、电流等多物理量、多参数的多点分布式测量和长期远程在线监测，得到了广泛的研究和应用。
3.现有的光纤光栅温度传感器克服了传统温度传感器的缺点，具有本质安全防爆，抗电磁干扰，耐腐蚀，信号传输距离远，易于实现温度的多点分布式测量和远程在线监测等优点。光纤光栅测温的原理是外界温度的改变引起热光效应以及光栅本身的热膨胀，进而bragg波长改变，而在真空和温度过低的环境中，光纤光栅本身的热膨胀系数变得非常小，且随温度明显变化，这造成传感器分辨率下降，线性度降低，乃至完全无法使用的问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种光纤光栅温度传感器，旨在解决真空和低温环境下光纤光栅温度传感器检测不佳的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出的一种光纤光栅温度传感器，包括：
6.基体，所述基体上开设有安装槽；
7.光纤光栅芯体，设于所述安装槽中；以及，
8.封装外壳，罩设在所述基体上，并盖合所述安装槽的槽口，所述封装外壳在所述安装槽的上方形成与所述安装槽连通的空腔，所述封装外壳的相对两侧贯设有连通所述空腔的通道，所述光纤光栅芯体的两端至少部分伸入至所述通道中；
9.其中，所述安装槽中填充低温胶以及石英粉的混合物。
10.可选地，所述光纤光栅温度传感器还包括两个传输光纤芯体，所述两个传输光纤芯体分别与所述光纤光栅芯体的两端连接，所述两个传输光纤芯体设于所述通道内。
11.可选地，所述封装外壳至少在开设所述通道的部位的制成材料为金属材料。
12.可选地，所述通道内填充有环氧树脂和石英粉的混合物。
13.可选地，所述基体具有安装面，所述安装面用于与待测件连接，所述光纤光栅温度传感器还包括增敏结构，所述增敏结构设于所述安装面上，用以将热量传导至所述安装槽内，以提高所述光纤光栅芯体的检测灵敏度。
14.可选地，所述增敏结构包括第一部件，所述第一部件对应所述安装槽的底部设置，所述第一部件用于将热量传导至所述安装槽内。
15.可选地，所述第一部件包括铝膜。
16.可选地，所述增敏结构还包括第二部件，所述第二部件设于所述安装面上对应于所述通道，所述第二部件使所述基体固定在待测件上。
17.可选地，所述第二部件包括永磁体。
18.本发明技术方案中，将所述光纤光栅芯体设于所述安装槽中，并在所述安装槽中填充低温胶以及石英粉的混合物，由于低温和真空环境会影响普通的胶体，使得这些胶体长期暴露在此环境中容易老化变形，因此选用所述低温胶和所述石英粉的混合物，填充石英粉提升了稳定性，避免了传统传感器中胶的老化变性问题。同时能够将所述光纤光栅芯体更好的固定在所述安装槽中。所述封装外壳在所述安装槽的上方形成与所述安装槽连通的空腔，所述空腔可以减少环境温度对所述光纤光栅芯体波长的影响。所述封装外壳相对两侧贯设有连通所述空腔的通道，所述光纤光栅芯体的两端至少部分伸入至所述通道中，所述通道用于使所述光纤光栅芯体与其他部件进行连通。如此设置，能够满足在真空和低温环境下的光纤光栅温度传感器的固定以及保证其检测性能。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明提供的光纤光栅温度传感器一实施例的俯视示意图；
21.图2为图1中光纤光栅温度传感器的正视示意图。
22.附图标号说明：
23.标号名称标号名称100光纤光栅温度传感器4传输光纤芯体1基体5增敏结构11安装槽51第一部件2光纤光栅芯体51a铝膜3封装外壳52第二部件31通道52a永磁体
24.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特
征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
28.现有的光纤光栅温度传感器克服了传统温度传感器的缺点，具有本质安全防爆，抗电磁干扰，耐腐蚀，信号传输距离远，易于实现温度的多点分布式测量和远程在线监测等优点。光纤光栅测温的原理是外界温度的改变引起热光效应以及光栅本身的热膨胀，进而bragg波长改变，而在真空和温度过低的环境中，光纤光栅本身的热膨胀系数变得非常小，且随温度明显变化，这造成传感器分辨率下降，线性度降低，乃至完全无法使用的问题。鉴于此，本发明提出一种光纤光栅温度传感器。
29.请参阅图1和图2，为本发明提出的一种光纤光栅温度传感器的一实施例，所述光纤光栅温度传感器100包括基体1、光纤光栅芯体2以及封装外壳3，所述基体1上开设有安装槽11；所述光纤光栅芯体2设于所述安装槽11中；所述封装外壳3罩设在所述基体1上，并盖合所述安装槽11的槽口，所述封装外壳3在所述安装槽11的上方形成与所述安装槽11连通的空腔，所述封装外壳3的相对两侧贯设有连通所述空腔的通道31，所述光纤光栅芯体2的两端至少部分伸入至所述通道31中；其中，所述安装槽11中填充低温胶以及石英粉的混合物。
30.本发明技术方案中，将所述光纤光栅芯体2设于所述安装槽11中，并在所述安装槽11中填充低温胶以及石英粉的混合物，由于低温和真空环境会影响普通的胶体，使得这些胶体长期暴露在此环境中容易老化变形，因此选用所述低温胶和所述石英粉的混合物，填充石英粉提升了稳定性，避免了传统传感器中胶的老化变性问题。同时能够将所述光纤光栅芯体2更好的固定在所述安装槽11中。所述封装外壳3在所述安装槽11的上方形成与所述安装槽11连通的空腔，所述空腔可以减少环境温度对所述光纤光栅芯体2波长的影响。所述封装外壳3相对两侧贯设有连通所述空腔的通道31，所述光纤光栅芯体2的两端至少部分伸入至所述通道31中，所述通道31用于使所述光纤光栅芯体2与其他部件进行连通。如此设置，能够满足在真空和低温环境下的光纤光栅温度传感器100的固定以及保证其检测性能。
31.具体地，所述光纤光栅温度传感器100还包括两个传输光纤芯体4，所述两个传输光纤芯体4分别与所述光纤光栅芯体2的两端连接，所述两个传输光纤芯体4设于所述通道31内。
32.在本实施例中，所述光纤光栅芯体2与所述两个传输光纤芯体4连通，所述两个传输光纤芯体4用于将所述光纤光栅芯体2的检测信号传输出去，所述传输光纤芯体4设于所述通道31内。
33.具体地，所述封装外壳3至少在开设所述通道31的部位的制成材料为金属材料。
34.在本实施例中，所述封装外壳3在所述通道31的部位为金属材料，金属材料的通道31有利于增强输出信号，所述金属材料一般为铝或者铁。
35.进一步地，所述通道31内填充有环氧树脂和石英粉的混合物。
36.在本实施例中，所述通道31内填充有环氧树脂和石英粉的混合物用于将所述通道31内的光纤光栅芯体2以及传输光纤芯体4固定在所述通道31内，在所述环氧树脂中掺在所述石英粉，提升了真空低温光纤光栅温度传感器100的稳定性，避免了传统传感器中胶的老
化变性问题，能够更好的适应真空和低温环境，使得所述环氧树脂不会轻易脱落。
37.具体地，所述基体1的制成材料的热膨胀系数大于所述光纤光栅芯体2的热膨胀系数。
38.因为对于光纤光栅温度变化100℃时，波长漂移约为1.1nm，温度灵敏度和分辨率较低。光纤光栅芯体2固定在所述基体1上后，将随着基体1材料热胀冷缩，利用基底较高的热膨胀系数可对光纤光栅芯体2进行温度增敏。因此设置所述基体1的制成材料大于所述光纤光栅芯体2的热膨胀系数，能够使所述基体1通过自身材料即可以达到对所述光纤光栅芯体2进行增敏。
39.进一步地，所述基体1具有安装面，所述安装面用于与待测件连接，所述光纤光栅温度传感器100还包括增敏结构5，所述增敏结构5设于所述安装面上，用以将热量传导至所述安装槽11内，以提高所述光纤光栅芯体2的检测灵敏度。
40.只靠基体1材料的热膨胀性能对所述光纤光栅芯体2进行增敏还不能达到增敏效果，在真空和低温条件下时，温度变化不会太大，热膨胀变化不会太明显，因此设置增敏结构5，能够进一步地增强所述光纤光栅芯体2的检测精度，所述增敏结构5设于所述安装面上，与待测件直接接触，能够将待测件的温度更好的传导至所述安装槽11内，以提高所述关系概念光栅芯体的检测灵敏度。
41.请参阅图2，所述增敏结构5包括第一部件51，所述第一部件51对应所述安装槽11的底部设置，所述第一部件51用于将热量传导至所述安装槽11内。
42.在本实施例中，所述光纤光栅芯体2在真空中只存在热传导作用，因此对应所述光纤光栅芯体2所处的位置，将所述第一部件51安装在所述安装槽11的底部，通过所述第一部件51和所述基体1材料，能够最大程度的将待测件的温度传到给所述光纤光栅芯体2。
43.具体地，所述第一部件51包括铝膜51a。
44.在本实施例中，所述铝膜51a为将金属铝融化呈熔融状态，然后再将熔融状态的金属铝沉积在所述基体1上，通过真空处理工艺，高温保持一段时间后再进行冷却。金属铝具有良好的延展性以及导热性能，如果只是将金属铝片粘贴或者是安装在所述基体1上时，首先在真空环境下不易固定，其次金属铝过厚不仅影响了所述基体1与待测件的接触，还会在传导过程中损失掉很多的热量。通过本实施例的方式将金属铝镀膜到所述基体1上，能够在不增加厚度的情况下，保持良好的导热性能。
45.进一步地，所述增敏结构5还包括第二部件52，所述第二部件52设于所述安装面上对应于所述通道31，所述第二部件52使所述基体1固定在待测件上。
46.在本实施例中，所述增敏结构5还包括第二部件52，所述第二部件52主要的作用是将所述安装面固定在所述待测件上，在进行检测时，需要一种既不会影响所述光纤光栅芯体2检测，有可以渐变的安装部件。因此所述第二部件52设计为方便安装。
47.具体地，所述第二部件52包括永磁体52a
48.永磁体52a可以将基体1吸附在待测件上，同时永磁体52a不易受到磁场的影响，能够适应于更多的环境。同时，使用永磁体52a的方式也更加方便将所述基体1安装在待测件上。
49.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用
在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。