專利名稱：光纖光柵傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種ArF準(zhǔn)分子激光器，尤其涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測ArF準(zhǔn)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(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在ArF準(zhǔn)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(zhǔn)分子激光器工作時(shí)，高壓氣體放電及風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等會引入大量廢熱，導(dǎo)致腔內(nèi)溫度升高，若不能采取有效的散熱措施，會導(dǎo)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測以便采取相應(yīng)措施進(jìn)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(qiáng)腐蝕性，常規(guī)的測溫方法都不再適用。目前測量準(zhǔn)分子激光器腔內(nèi)溫度大多依靠表面鍍鎳的鉬熱電阻實(shí)現(xiàn)，測量靈敏度較低，受外界因素影響較大，且多點(diǎn)測溫時(shí)，各點(diǎn)都要安放感應(yīng)裝置、控制裝置等，設(shè)備復(fù)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(yīng)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(yīng)用于建筑、隧道、梯壩、電網(wǎng)、油罐等生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域。利用光纖光柵進(jìn)行ArF準(zhǔn)分子激光腔內(nèi)溫度測量時(shí)，由于腔內(nèi)具有強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，且腔內(nèi)壓強(qiáng)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(jìn)行一定的封裝處理。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。

實(shí)用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中的光纖光柵溫度傳感器無法用于密封高壓、強(qiáng)腐蝕性環(huán)境的問題。( 二 )技術(shù)方案本實(shí)用新型提供一種封裝簡單，無機(jī)械運(yùn)動的長壽命的用于精確測量ArF準(zhǔn)分子激光器腔內(nèi)溫度的光纖光柵傳感器。本實(shí)用新型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(shí)施相應(yīng)的熱管理。本實(shí)用新型所述的熱管理即對激光器腔內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而采取相應(yīng)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。本實(shí)用新型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(dú)監(jiān)測溫度這一個物理量，以達(dá)到精確測量ArF準(zhǔn)分子激光器腔內(nèi)溫度的目的。本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型提供一種精確測量ArF準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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；所述的不銹鋼管一端不開口，另外一端開口供光纖信號導(dǎo)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(qiáng)腐蝕氣體。所述不銹鋼管的開口端設(shè)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(shè)置有固定環(huán)臂、固定環(huán)臂上設(shè)置有固定螺孔，固定環(huán)臂內(nèi)側(cè)設(shè)置有密封圈。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(jìn)行再涂覆，以增強(qiáng)其機(jī)械性能并保護(hù)光柵不與外界直接接觸。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。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(yù)留的測量孔直徑，管內(nèi)徑尺寸足夠放置光纖光柵及導(dǎo)熱硅膠。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(yīng)的固定螺紋。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。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的傳感器中，不銹鋼管隔離了強(qiáng)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(zhǔn)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(fù)雜的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，使得本實(shí)用新型的傳感器可靠性高，壽命長。根據(jù)需要，可在腔體多處放置多個本實(shí)用新型提供的光纖光柵傳感器，以監(jiān)測多點(diǎn)溫度；本實(shí)用新型也可用于監(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。(三)有益效果1.本實(shí)用新型針對當(dāng)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(jìn)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(yīng)力等其他變化量以提高腔內(nèi)測溫精度，多點(diǎn)測溫時(shí)可以利用同一套監(jiān)測設(shè)備測試所有波長變化。2.本實(shí)用新型由于光纖光柵監(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。3.本實(shí)用新型可以借助光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，利用具有不同中心波長的光纖光柵傳感頭、相應(yīng)波長的光纖波分復(fù)用器(將不同波長的光信號組合起來)和光纖解復(fù)用器(將組合波長的光信號分開)對激光腔內(nèi)溫度進(jìn)行分布式多點(diǎn)測溫。[0029]4.本實(shí)用新型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。

圖1為本實(shí)用新型的光纖光柵傳感器的整體結(jié)構(gòu)立體圖；圖2為本實(shí)用新型的光纖光柵傳感器的整體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖3為本實(shí)用新型的光纖光柵傳感器的光纖傳感頭的示意圖；圖4為光纖光柵傳感器的溫度變化曲線圖。其中:1:光纖光柵傳感頭2:傳輸光纖3:導(dǎo)熱膠4:光纜銜接管5:不銹鋼管6:固定環(huán)臂7:固定螺孔8:光纜9:出線管10:密封圈
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種能精確測量ArF準(zhǔn)分子激光器腔內(nèi)溫度的傳感器。其實(shí)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。如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型提供一種精確測量ArF準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)腐蝕氣體。所述不銹鋼管5的開口端設(shè)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(shè)置有固定環(huán)臂6，固定環(huán)臂6上設(shè)置有固定螺孔7，固定環(huán)臂6內(nèi)側(cè)設(shè)置有密封圈10。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(yù)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(dǎo)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(qiáng)腐蝕氣體，另外一端開口供光纖信號導(dǎo)出。待測激光腔殼體上有與固定螺孔7對應(yīng)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(yīng)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)高壓有毒氣體泄露。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(hù)不銹鋼管5端口處的光纖，使其免受拉扯損傷。上述光纖光柵傳感器在安裝時(shí)，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(yīng)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。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。光纖光柵作為溫度傳感器的基本原理如下:
權(quán)利要求1.一種光纖光柵傳感器，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(dǎo)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(dǎo)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； 所述不銹鋼管(5) —端開口，另一端不開口 ； 所述不銹鋼管(5)的開口端設(shè)置有光纜銜接管(4)以及頂端凸出的出線管(9)。
2.如權(quán)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(jìn)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(jìn)行傳輸。
3.如權(quán)利要求1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(hù)在光纜(8)內(nèi)繼續(xù)傳輸波長信號。
4.如權(quán)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(shè)置有固定環(huán)臂(6)，固定環(huán)臂(6)上設(shè)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￠)、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(yīng)的固定螺紋。
5.如權(quán)利要求4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(shè)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。
6.如權(quán)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)。
7.如權(quán)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。
8.如權(quán)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(yù)留的測量孔直徑，管內(nèi)徑尺寸足夠放置光纖光柵及導(dǎo)熱硅膠。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種精確測量ArF準(zhǔn)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(dǎo)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(shè)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(shè)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)。本實(shí)用新型可用于高壓、強(qiáng)腐蝕性環(huán)境下溫度的測量，可靠性高，壽命長。
文檔編號G01K11/32GK202994328SQ201220661628
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)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(xué)院光電研究院