一種測量ArF準分子激光器腔內溫度的光纖光柵傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種精確測量ArF準分子激光器腔內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)周圈的固定環臂(6)、固定環臂(6)上的固定螺孔(7)，和固定環臂(6)內側的密封圈(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)。本發明可用于高壓、強腐蝕性環境下溫度的測量，可靠性高，壽命長。
【專利說明】一種測量ArF準分子激光器腔內溫度的光纖光柵傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種ArF準分子激光器，尤其涉及一種實時監測ArF準分子激光器腔內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的氣體存在最佳溫度范圍，在該溫度范圍內，激光器具有較高的能量轉換效率和輸出能量穩定性，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等會引入大量廢熱，導致腔內溫度升高，若不能采取有效的散熱措施，會導致激光輸出質量下降，激光器能量轉換效率和穩定性也會受到很大影響。因此需要對腔內溫度進行實時監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，常規的測溫方法都不再適用。
[0003]目前測量準分子激光器腔內溫度大多依靠表面鍍鎳的鉬熱電阻實現，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，反射光波長會受環境變化的影響從而產生移動，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、油罐等生產生活的諸多領域。
[0004]利用光纖光柵進行ArF準分子激光腔內溫度測量時，由于腔內具有強腐蝕性物質，且腔內壓強較高，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]申請號為200410018765.4的中國發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氧樹脂等固化劑密封，無法用于高壓、高腐蝕性環境。
【發明內容】
[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]本發明所要解決的技術問題是現有技術中的光纖光柵溫度傳感器無法用于密封高壓、強腐蝕性環境的問題。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]本發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準分子激光器腔內溫度的光纖光柵傳感器。
[0010]本發明提供的光纖光柵傳感器，用于精確測量激光腔內溫度并實施相應的熱管理。本發明所述的熱管理即對激光器腔內溫度進行實時監控，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量、能量轉換效率和穩定性等的下降。
[0011]本發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準分子激光器腔內溫度的目的。
[0012]本發明提供的光纖光柵溫度傳感器體積小巧輕便，基本不會對所測環境的氣流場
等產生影響。
[0013]本發明提供一種精確測量ArF準分子激光器腔內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臂、固定環臂上設置有固定螺孔，固定環臂內側設置有密封圈。
[0016]所述構成光纖光柵傳感頭的光敏光纖是再涂覆結構，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后，所述固定環臂、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，纏繞于固定環臂內側并置于固定環臂和激光腔殼體之間，以便密封激光腔殼體，防止腔內高壓有毒氣體泄露。
[0021]本發明設計的傳感器中，不銹鋼管隔離了強腐蝕性物質，并屏蔽了外界壓力等的影響，所測結果僅為溫度量，增加了測量的精準性；體積小巧輕便，基本不會對所測環境的氣流場等產生影響；并且光纖光柵處于自由狀態，這樣使得光纖光柵傳感頭不含有復雜的機械傳動機構，使得本發明的傳感器可靠性高，壽命長。
[0022]根據需要，可在腔體多處放置多個本發明提供的光纖光柵傳感器，以監測多點溫度；
[0023]本發明也可用于監測其余各種具有腐蝕性的氣體的氣體激光器的腔內溫度。
[0024](三)有益效果
[0025]1.本發明針對當前激光器放電腔測溫的不足，將傳統的鉬熱電阻測溫改進為利用光纖光柵波長漂移精確監測腔內溫度，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測溫精度，多點測溫時可以利用同一套監測設備測試所有波長變化。
[0026]2.本發明由于光纖光柵監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，保證測量穩定性和可靠性。
[0027]3.本發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)對激光腔內溫度進行分布式多點測溫。
[0028]4.本發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溫度測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明的光纖光柵傳感器的整體結構立體圖；
[0030]圖2為本發明的光纖光柵傳感器的整體結構側視圖；
[0031]圖3為本發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]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0040]本發明的主要目的在于提供一種能精確測量ArF準分子激光器腔內溫度的傳感器。其實現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，并根據中心波長的變化得出腔內的精確溫度。
[0041]如圖1、圖2所示，本發明提供一種精確測量ArF準分子激光器腔內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臂6，固定環臂6上設置有固定螺孔7，固定環臂6內側設置有密封圈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，管內徑尺寸取1_，管內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的一端(光纖光柵傳感頭I 一側)不開口，以抵抗激光腔內高壓，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，用于固定傳輸光纖2 —端，并銜接出線管9，出線管9質地柔軟，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的一側全部沒入待測激光腔內，并利用固定環臂6、固定螺孔7、固定環臂6內側的密封圈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，纏繞于固定環臂6內側，并置于固定環臂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)內繼續傳輸波長信號。
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臂(6)，固定環臂(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后，所述固定環臂(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，固定環臂6內側設置有密封圈(10)，所述密封圈(10)為耐氟橡膠材料，纏繞于固定環臂(6)內側并置于固定環臂(6)和激光腔殼體之間，以便密封激光腔殼體，防止腔內高壓有毒氣體泄露。
8.如權利要求1所述的光纖光柵傳感器，其特征還在于，所述構成光纖光柵傳感頭(I)的光敏光纖是再涂覆結構。
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 優先權日:2012年12月4日
【發明者】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