一種測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種精確測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器，包括：由再涂覆后的光纖光柵傳感頭(1)、連接在光纖光柵傳感頭(1)一端的傳輸光纖(2)，以及充滿不銹鋼管(5)內(nèi)部的導熱膠(3)組成的光纖光柵傳感元；可插入待測腔體的、封裝光纖光柵傳感元的表面鍍鎳的不銹鋼管(5)；設置在不銹鋼管(5)周圈的固定環(huán)臂(6)、固定環(huán)臂(6)上的固定螺孔(7)，和固定環(huán)臂(6)內(nèi)側(cè)的密封圈(10)；設置在不銹鋼管(5)開口頂端的光纜銜接管(4)、開口頂端凸出的出線管(9)，和出線管輸出的光纜(8)。本發(fā)明可用于高壓、強腐蝕性環(huán)境下溫度的測量，可靠性高，壽命長。
【專利說明】一種測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種ArF準分子激光器，尤其涉及一種實時監(jiān)測ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器，屬于光纖傳感領域。
【背景技術】
[0002]在ArF準分子激光器中，作為激光工作增益介質(zhì)的氣體存在最佳溫度范圍，在該溫度范圍內(nèi)，激光器具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率和輸出能量穩(wěn)定性，所以輸出激光的性能在一定程度上取決于放電腔的工作溫度。而在準分子激光器工作時，高壓氣體放電及風機運轉(zhuǎn)等會引入大量廢熱，導致腔內(nèi)溫度升高，若不能采取有效的散熱措施，會導致激光輸出質(zhì)量下降，激光器能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性也會受到很大影響。因此需要對腔內(nèi)溫度進行實時監(jiān)測以便采取相應措施進行溫控(如:確定散熱器的安放位置和散熱量)。但是，由于工作氣體F2具有強腐蝕性，常規(guī)的測溫方法都不再適用。
[0003]目前測量準分子激光器腔內(nèi)溫度大多依靠表面鍍鎳的鉬熱電阻實現(xiàn)，測量靈敏度較低，受外界因素影響較大，且多點測溫時，各點都要安放感應裝置、控制裝置等，設備復雜，系統(tǒng)龐大。光纖光柵作為一種波長選擇反射器，反射光波長會受環(huán)境變化的影響從而產(chǎn)生移動，利用這一特性可以精確的探測溫度、應力、位移等物理量，且本質(zhì)安全、重量輕、體積小、抗電磁干擾、抗高溫、抗高壓、靈敏度高，已被成功應用于建筑、隧道、梯壩、電網(wǎng)、油罐等生產(chǎn)生活的諸多領域。
[0004]利用光纖光柵進行ArF準分子激光腔內(nèi)溫度測量時，由于腔內(nèi)具有強腐蝕性物質(zhì)，且腔內(nèi)壓強較高，光纖光柵不能直接裸露接觸，所以測試前需要對光纖光柵進行一定的封裝處理。
[0005]申請?zhí)枮?00410018765.4的中國發(fā)明專利中提到了一種光纖光柵溫度傳感器及其制造方法，但是這種傳感器金屬腔的兩端均直接用環(huán)氧樹脂等固化劑密封，無法用于高壓、高腐蝕性環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中的光纖光柵溫度傳感器無法用于密封高壓、強腐蝕性環(huán)境的問題。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]本發(fā)明提供一種封裝簡單，無機械運動的長壽命的用于精確測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器。
[0010]本發(fā)明提供的光纖光柵傳感器，用于精確測量激光腔內(nèi)溫度并實施相應的熱管理。本發(fā)明所述的熱管理即對激光器腔內(nèi)溫度進行實時監(jiān)控，從而采取相應的溫控冷卻方案，以盡量避免各種熱致激光輸出質(zhì)量、能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性等的下降。
[0011]本發(fā)明提供的光纖光柵溫度傳感器能屏蔽壓力等其他物理量，只單獨監(jiān)測溫度這一個物理量，以達到精確測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的目的。
[0012]本發(fā)明提供的光纖光柵溫度傳感器體積小巧輕便，基本不會對所測環(huán)境的氣流場
等產(chǎn)生影響。
[0013]本發(fā)明提供一種精確測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器，包括:表面鍍鎳的不銹鋼管、再涂覆后的光纖光柵傳感頭、充滿所述不銹鋼管內(nèi)部的導熱膠，所述光纖光柵傳感頭的一端連接傳輸光纖；由所述光纖光柵傳感頭、與所述光纖光柵傳感頭一端連接的傳輸光纖以及充滿不銹鋼管內(nèi)部的導熱膠組成的光纖光柵傳感元；所述不銹鋼管封裝所述光纖光柵傳感元；
[0014]所述的不銹鋼管一端不開口，另外一端開口供光纖信號導出，其中要插入待測激光腔殼體的不銹鋼管一端是不開口的，以抵抗激光腔內(nèi)高壓，并隔離強腐蝕氣體。
[0015]所述不銹鋼管的開口端設置光纜銜接管以及頂端凸出的出線管。在所述不銹鋼管的周圈設置有固定環(huán)臂、固定環(huán)臂上設置有固定螺孔，固定環(huán)臂內(nèi)側(cè)設置有密封圈。
[0016]所述構(gòu)成光纖光柵傳感頭的光敏光纖是再涂覆結(jié)構(gòu)，其制作過程為:首先在去除涂覆層的裸光敏光纖上刻寫光纖光柵，然后利用涂覆液對其進行再涂覆，以增強其機械性能并保護光柵不與外界直接接觸。
[0017]所述光纖光柵傳感頭的一端與傳輸光纖是通過熔接而連接。
[0018]所述不銹鋼管為表面鍍鎳的耐氟材料，厚度為2mm以上，管外徑略小于激光腔殼體所預留的測量孔直徑，管內(nèi)徑尺寸足夠放置光纖光柵及導熱硅膠。
[0019]所述不銹鋼管不開口一端插入待測激光腔殼內(nèi)后，所述固定環(huán)臂、固定螺孔用于將傳感器與激光腔殼體固定，其中激光腔殼體上有與固定螺孔對應的固定螺紋。
[0020]所述密封圈為耐氟橡膠材料，纏繞于固定環(huán)臂內(nèi)側(cè)并置于固定環(huán)臂和激光腔殼體之間，以便密封激光腔殼體，防止腔內(nèi)高壓有毒氣體泄露。
[0021]本發(fā)明設計的傳感器中，不銹鋼管隔離了強腐蝕性物質(zhì)，并屏蔽了外界壓力等的影響，所測結(jié)果僅為溫度量，增加了測量的精準性；體積小巧輕便，基本不會對所測環(huán)境的氣流場等產(chǎn)生影響；并且光纖光柵處于自由狀態(tài)，這樣使得光纖光柵傳感頭不含有復雜的機械傳動機構(gòu)，使得本發(fā)明的傳感器可靠性高，壽命長。
[0022]根據(jù)需要，可在腔體多處放置多個本發(fā)明提供的光纖光柵傳感器，以監(jiān)測多點溫度；
[0023]本發(fā)明也可用于監(jiān)測其余各種具有腐蝕性的氣體的氣體激光器的腔內(nèi)溫度。
[0024](三)有益效果
[0025]1.本發(fā)明針對當前激光器放電腔測溫的不足，將傳統(tǒng)的鉬熱電阻測溫改進為利用光纖光柵波長漂移精確監(jiān)測腔內(nèi)溫度，并利用特殊封裝抵抗F2腐蝕、屏蔽應力等其他變化量以提高腔內(nèi)測溫精度，多點測溫時可以利用同一套監(jiān)測設備測試所有波長變化。
[0026]2.本發(fā)明由于光纖光柵監(jiān)測溫度基于其傳感信號的波長變化，可以避免光源起伏、探測器老化等因素的影響，保證測量穩(wěn)定性和可靠性。
[0027]3.本發(fā)明可以借助光波分復用(WDM)技術，利用具有不同中心波長的光纖光柵傳感頭、相應波長的光纖波分復用器(將不同波長的光信號組合起來)和光纖解復用器(將組合波長的光信號分開)對激光腔內(nèi)溫度進行分布式多點測溫。
[0028]4.本發(fā)明還適用于利用光纖光柵傳感頭對其他具有腐蝕性氣體的激光腔內(nèi)溫度測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的光纖光柵傳感器的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的光纖光柵傳感器的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0031]圖3為本發(fā)明的光纖光柵傳感器的光纖傳感頭的不意圖；
[0032]圖4為光纖光柵傳感器的溫度變化曲線圖。
[0033]其中:[0034]1:光纖光柵傳感頭2:傳輸光纖
[0035]3:導熱膠4:光纜銜接管
[0036]5:不銹鋼管6:固定環(huán)臂
[0037]7:固定螺孔8:光纜
[0038]9:出線管10:密封圈
【具體實施方式】
[0039]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0040]本發(fā)明的主要目的在于提供一種能精確測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的傳感器。其實現(xiàn)方式主要在于將特殊封裝后的光纖光柵置于待測激光腔內(nèi)，并根據(jù)中心波長的變化得出腔內(nèi)的精確溫度。
[0041]如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供一種精確測量ArF準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器，包括:表面鍍鎳的不銹鋼管5、再涂覆后的光纖光柵傳感頭1、充滿所述不銹鋼管5內(nèi)部的導熱膠3,所述光纖光柵傳感頭I的一端連接傳輸光纖2 ;由所述光纖光柵傳感頭
1、與所述光纖光柵傳感頭I 一端連接的傳輸光纖2以及充滿不銹鋼管5內(nèi)部的導熱膠3組成光纖光柵傳感元；所述不銹鋼管5封裝所述光纖光柵傳感元；所述的不銹鋼管5 —端不開口，另外一端開口供光纖信號導出，其中要插入待測激光腔殼體的不銹鋼管一端是不開口的，以抵抗激光腔內(nèi)高壓，并隔離強腐蝕氣體。
[0042]所述不銹鋼管5的開口端設置光纜銜接管4以及頂端凸出的出線管9。在所述不銹鋼管5的周圈設置有固定環(huán)臂6，固定環(huán)臂6上設置有固定螺孔7，固定環(huán)臂6內(nèi)側(cè)設置有密封圈10。
[0043]不銹鋼管5為表面鍍鎳的耐氟材料，厚度為2mm以上，以便能夠承受激光腔內(nèi)高壓而不變形；不銹鋼管5的外徑取5mm，略小于激光腔殼體所預留的測量孔直徑5.5mm，管內(nèi)徑尺寸取1_，管內(nèi)沿軸向放置光纖光柵傳感頭I及導熱膠3 ;不銹鋼管5要插入待測激光腔殼體內(nèi)的一端(光纖光柵傳感頭I 一側(cè))不開口，以抵抗激光腔內(nèi)高壓，并隔離強腐蝕氣體，另外一端開口供光纖信號導出。
[0044]待測激光腔殼體上有與固定螺孔7對應的固定螺紋，所述光纖光柵傳感器與待測激光腔殼體即通過固定螺孔7與激光腔殼體上對應的固定螺紋固定。密封圈10為耐氟橡膠材料，置于固定環(huán)臂7和待測激光腔殼體之間，以便密封激光腔殼體，防止腔內(nèi)高壓有毒氣體泄露。[0045]光纜銜接管4恰好卡緊在不銹鋼管5內(nèi)，用于固定傳輸光纖2 —端，并銜接出線管9，出線管9質(zhì)地柔軟，用于保護不銹鋼管5端口處的光纖，使其免受拉扯損傷。
[0046]上述光纖光柵傳感器在安裝時，需將不銹鋼管5的放置有光纖光柵傳感頭I的一側(cè)全部沒入待測激光腔內(nèi)，并利用固定環(huán)臂6、固定螺孔7、固定環(huán)臂6內(nèi)側(cè)的密封圈10將整個所述光纖光柵傳感器與激光腔殼體固定密封。其中所述光纖光柵傳感器與激光腔殼體通過固定螺孔7與激光腔殼體上對應的固定螺紋固定；密封圈10為耐氟橡膠材料，纏繞于固定環(huán)臂6內(nèi)側(cè)，并置于固定環(huán)臂6和待測激光腔殼體之間，以便密封激光腔殼體，防止腔內(nèi)氣體泄露。
[0047]圖3為光纖光柵傳感頭I的不意圖。如圖3所不,光纖光柵傳感頭I的一端連接傳輸光纖2。所述光纖光柵傳感頭I用于測量待測激光腔內(nèi)氣體溫度。
[0048]光纖光柵作為溫度傳感器的基本原理如下:
【權利要求】
1.一種測量準分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器，包括:表面鍍鎳的不銹鋼管(5)、光纖光柵傳感頭(I)、充滿所述不銹鋼管(5)內(nèi)部的導熱膠(3)，其特征在于: 所述光纖光柵傳感頭(I)的一端連接傳輸光纖(2); 由所述光纖光柵傳感頭(I)、與所述光纖光柵傳感頭(I) 一端連接的傳輸光纖(2)以及充滿不銹鋼管(5)內(nèi)部的導熱膠(3)組成光纖光柵傳感元； 所述不銹鋼管(5)封裝所述光纖光柵傳感元； 所述的不銹鋼管(5)的一端不開口，另外一端開口供光纖信號導出，其中要插入待測激光腔殼體的不銹鋼管的一端是不開口的，以抵抗激光腔內(nèi)的高壓，并隔離強腐蝕氣體。
2.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述不銹鋼管(5)的開口端設置有光纜銜接管(4)以及頂端凸出的出線管(9)。
3.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述光纖光柵傳感頭(I)對激光腔內(nèi)氣體溫度進行測量，得到代表氣體溫度的光纖信號，所述光纖信號為波長信號，所述波長信號通過所述傳輸光纖(2)進行傳輸。
4.如權利要求2所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述光纖光柵傳感頭(I)對激光腔內(nèi)氣體溫度進行測量，得到代表氣體溫度的光纖信號，所述光纖信號為波長信號，所述波長信號通過所述傳輸光纖(2)進行傳輸。
5.如權利要求4的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述傳輸光纖(2)貫穿光纜銜接管(4)，并由出線管(9)伸出，之后·所述傳輸光纖(2)被保護在光纜(8)內(nèi)繼續(xù)傳輸波長信號。
6.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，在所述不銹鋼管(5)的周圈設置有固定環(huán)臂(6)，固定環(huán)臂(6)上設置有固定螺孔(7);所述不銹鋼管(5)未開口一端插入待測激光腔殼內(nèi)后，所述固定環(huán)臂(6)、固定螺孔(7)用于將傳感器與激光腔殼體固定；激光腔殼體上有與固定螺孔(7)對應的固定螺紋。
7.如權利要求6所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，固定環(huán)臂6內(nèi)側(cè)設置有密封圈(10)，所述密封圈(10)為耐氟橡膠材料，纏繞于固定環(huán)臂(6)內(nèi)側(cè)并置于固定環(huán)臂(6)和激光腔殼體之間，以便密封激光腔殼體，防止腔內(nèi)高壓有毒氣體泄露。
8.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述構(gòu)成光纖光柵傳感頭(I)的光敏光纖是再涂覆結(jié)構(gòu)。
9.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述光纖光柵傳感頭(I)與傳輸光纖(2)通過熔接而連接。
10.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述不銹鋼管(5)為表面鍍鎳的耐氟材料，厚度為2mm以上，管外徑略小于激光腔殼體所預留的測量孔直徑，管內(nèi)徑尺寸足夠放置光纖光柵及導熱硅膠。
【文檔編號】G01K11/32GK103852190SQ201210513131
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權日:2012年12月4日
【發(fā)明者】范元媛, 沙鵬飛, 宋興亮, 趙江山, 李慧, 鮑洋, 周翊, 王宇 申請人:中國科學院光電研究院