專利名稱：一種光纖真空度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)，特別涉及一種光纖真空度傳感器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)應(yīng)用與科學(xué)研究的許多領(lǐng)域中都需要在有限的空間中實(shí)現(xiàn)一定的真空環(huán)境。例如，微米、特別是納米級的電子器件需要潔凈的、具有一定真空度的生產(chǎn)環(huán)境；精密的融化、鑄件、燒結(jié)、熱處理、銅焊等加工過程中，也需要一定真空度的環(huán)境。目前應(yīng)用最廣的檢測真空度的儀器是皮拉尼真空[壓力]計(jì)，但其體積大，不適用于小空間范圍的真空度的檢測。利用微機(jī)電技術(shù)研制的小型真空傳感器已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化，但系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程檢測時，在纜線中傳輸?shù)碾娦盘柸菀资艿江h(huán)境的干擾。光纖迅衰場傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、絕緣性能好等獨(dú)特優(yōu)勢，因此它在真空度監(jiān)測方面有著獨(dú)特的應(yīng)用。在2010年SPIE報道了利用光纖光柵壓力傳感器實(shí)現(xiàn)了真空度的實(shí)時檢測[1]，但是，環(huán)境真空度從800微巴 (millibar)變化到65微巴的過程中，檢測到的波長變化僅45皮米(pm)，要檢測出皮米級的波長變化，需要昂貴的儀器。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，迫切需要作出基于光強(qiáng)調(diào)制的光纖真空度傳感的器件結(jié)構(gòu)。附參考文獻(xiàn)[l]Guru Prasad Α. S, Gopalkrishna Μ. Hegde, Asokan.S, Fiber Bragg Grating Sensors for Real Time Monitoring of Evacuation Process, Proc. of SPIE,2010,7522 752232-
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種運(yùn)行成本低、制作成本低、體積小、可用于不同大小空間的光纖真空度傳感器。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種光纖真空度傳感器，該傳感器為一段由里至外依次包括纖芯、包層、保護(hù)層的光纖，該段光纖的中部具有傳感段。所述傳感段僅由纖芯構(gòu)成，具體是該傳感段的光纖的包層和保護(hù)層被完全去除。所述傳感段由纖芯和剩余的部分包層構(gòu)成，所述剩余的部分包層，具體是該傳感段的光纖的包層被部分去除后留下的部分，保護(hù)層被完全去除。所述光纖為單模光纖、多模光纖或塑料光纖中的一種。 所述傳感段的外徑為9 μ m 980 μ m，傳感段的長度為0. Icm 50cm。所述傳感段是直線形狀，或彎曲成U型。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于1)本發(fā)明光纖真空度傳感器，是光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器，抗電磁干擾，運(yùn)行成本低廉；本發(fā)明傳感器的兩端分別連接上光源和光強(qiáng)探測與顯示電路，就可構(gòu)成一套真空度傳感系統(tǒng)，所需設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)效益好，容易推廣應(yīng)用。
2)本發(fā)明光纖真空度傳感器，體積小，適用性好，可用于不同大小空間的真空度監(jiān)測，適用范圍較廣。3)本發(fā)明光纖真空度傳感器，器件結(jié)構(gòu)簡單、制作工藝簡便，生產(chǎn)成本低。4)本發(fā)明光纖真空度傳感器的傳感響應(yīng)速度快且不需要敏感材料，本發(fā)明傳感段外表面的空氣折射率直接影響經(jīng)過傳感段的迅衰場，因此傳感器具有很快的響應(yīng)速度。5)本發(fā)明光纖真空度傳感器應(yīng)用范圍寬，不僅可用于環(huán)境氣體折射率變化的檢測，也可用于環(huán)境氣體懸浮顆粒的粒徑和密度對經(jīng)過傳感段的迅衰場的散射作用的檢測， 以及環(huán)境氣體對經(jīng)過傳感段的迅衰場的吸收作用的檢測。


圖1為本發(fā)明光纖真空度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明光纖真空度傳感器的一種應(yīng)用實(shí)例的實(shí)驗(yàn)曲線示意圖。圖3為本發(fā)明光纖真空度傳感器另一種應(yīng)用實(shí)例的實(shí)驗(yàn)曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明光纖真空度傳感器，其結(jié)構(gòu)為一段由里至外依次包括纖芯2、 包層3、保護(hù)層4的光纖1，在該光纖1的中部設(shè)置了傳感段6。該傳感段6可以僅由纖芯2構(gòu)成，具體是該傳感段6的光纖的包層3和保護(hù)層4 被完全去除；但是該傳感段6也可以由纖芯2和剩余的部分包層5構(gòu)成，所述剩余的部分包層 5，是該傳感段6上的包層3被部分去除后留下的部分，保護(hù)層4被完全去除。所述光纖可以采用單模光纖、多模光纖或塑料光纖中的一種。所述傳感段的外徑可以是為9 μ m 980 μ m，傳感段的長度為0. Icm 50cm。所述傳感段6可以是直線形狀，也可以彎曲成U型形狀。光纖真空度傳感器的傳感段6的制備方法是，在一根康寧SMF_28e的光纖上選取一段作為傳感段6，該傳感段6通過以下方法實(shí)現(xiàn)首先用光纖鉗去去除光纖1的保護(hù)層4， 接著用5%的氫氟酸腐蝕，去除包層3的一部分(可以在顯微鏡下檢測傳感段外徑)，形成剩余部分包層5。下面是本發(fā)明光纖真空度傳感器的應(yīng)用幾個實(shí)例(1)、本應(yīng)用實(shí)例，采用D = 11 μ m和L = IOcm的傳感段。將本發(fā)明光纖真空度傳感器置于JPG超真空多靶磁控濺射儀的實(shí)驗(yàn)腔中，傳感器1的輸入輸出尾纖被套入同一個熱塑管(用于保護(hù)光纖)，尾纖從濺射儀的進(jìn)氣孔穿出來，熱塑管外纏防水膠帶，用于密封氣孔。利用該儀器上的DL-9程控復(fù)合真空計(jì)讀取實(shí)驗(yàn)腔內(nèi)的大氣壓(只能顯示低于300 帕以下的大氣壓數(shù)值)。輸入輸出尾纖分別連接臺式穩(wěn)定化光源和臺式光功率計(jì)(武漢光訊科技股份有限公司生產(chǎn))，光源波長λ為1550nm，輸出功率為OdBm。真空泵開始工作時， 同時記錄傳感器輸出光功率隨時間的變化和實(shí)驗(yàn)腔中真空度隨時間的變化。傳輸光束經(jīng)過傳感段6后光功率隨真空度變化的實(shí)驗(yàn)曲線如圖2所示。從圖2中可看到，在真空腔關(guān)閉、 開始抽真空，到腔內(nèi)的氣壓降至40帕的過程中，傳感器輸出光強(qiáng)有約IdB的變化，因此，本發(fā)明光纖真空度傳感器可用于真空度的實(shí)時檢測。(2)本應(yīng)用實(shí)例，采用D = 16μπι和L = 5cm的傳感段6，將本發(fā)明光纖真空度傳感器放入在恒溫恒濕箱中(德國Binder恒溫恒濕箱KBF-M0L)，傳感器輸入輸出尾纖從帶有硅膠塞的接入口穿出來，分別連接臺式穩(wěn)定化光源和臺式光功率計(jì)。光源波長λ為 1550nm，輸出功率為Ocffim。恒溫恒濕箱的溫度設(shè)定為25°C，檢測不同濕度下光纖傳感段的輸出光功率。傳輸光束經(jīng)過傳感段后光功率損耗隨濕度變化的實(shí)驗(yàn)曲線如圖3所示。從圖 3中可看到，當(dāng)25°C溫度下的相對濕度超過80% RH后，隨濕度的增加，傳感器輸出光強(qiáng)快速地減小。這是因?yàn)殡S著濕度的增加，水汽顆粒的密度和粒徑的明顯增加，水汽顆粒對迅衰場的散射作用明顯增加，導(dǎo)致傳感器輸出光強(qiáng)快速地減小。因此，本發(fā)明光纖真空度傳感器可用于高濕度報警。如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖真空度傳感器，該傳感器為一段由里至外依次包括纖芯、包層、保護(hù)層的光纖，其特征在于，該段光纖的中部設(shè)有傳感段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖真空度傳感器，其特征在于，所述傳感段僅由纖芯構(gòu)成， 具體是該傳感段的光纖的包層和保護(hù)層被完全去除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖真空度傳感器，其特征在于，所述傳感段由纖芯和剩余的部分包層構(gòu)成，所述剩余的部分包層，具體是該傳感段的光纖的包層被部分去除后留下的部分；所述保護(hù)層被完全去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光纖真空度傳感器，其特征在于，所述傳感段的外徑為9 μ m 980 μ m，傳感段的長度為0. Icm 50cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖真空度傳感器，其特征在，所述傳感段是直線形狀或彎曲成U型形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖真空度傳感器，其特征在所述光纖為單模光纖、多模光纖或塑料光纖中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖真空度傳感器，該傳感器為一段由里至外依次包括纖芯、包層、保護(hù)層的光纖，該光纖的中部具有傳感段，傳感段僅由纖芯構(gòu)成；傳感段也可以是由纖芯和剩余部分包層構(gòu)成。當(dāng)傳感器所在空間的真空度變化時，環(huán)境氣體折射率的變化將直接影響經(jīng)過傳感段中的迅衰場，導(dǎo)致傳感器輸出光強(qiáng)變化，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境真空度的實(shí)時檢測。本發(fā)明制作工藝簡單，生產(chǎn)成本低，傳感響應(yīng)速度快且不需要敏感材料，適用性好，體積小，可用于不同大小空間的氣體特性監(jiān)測，適用范圍較廣。本發(fā)明技術(shù)手段簡便易行，具有積極有益的技術(shù)效果。
文檔編號G01L21/00GK102288361SQ20111012363
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者張小康, 許瀚朗, 鄧焯泳 申請人:華南理工大學(xué)