用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔

摘要

本发明属于光学检测技术，涉及一种用于蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔。本发明在蓝宝石光纤外表面和一个端面形成一层均匀的膜层，膜层完全将蓝宝石光纤的一个端面包围，在蓝宝石光纤外形成一个圆柱形黑体辐射腔，黑体辐射腔膜层材料为氧化锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度为0.5～5μm。本发明所提出的黑体辐射腔材质为氧化锆和三氧化二钇的混合物。本发明提出的黑体辐射腔可有效防止其膜层在1700℃～1850℃高温条件下开裂和脱落的现象发生，极大地提高了蓝宝石高温光纤传感器的温度测量范围。

说明书

技术领域

本发明属于光学检测技术，涉及一种用于蓝宝石高温光纤传感器的 黑体辐射腔。

背景技术

黑体辐射腔是蓝宝石高温光纤传感器中的热敏感元件，它将被测环 境的热信号转换成光信号，通过分析光信号的大小即可获得被测环境的 温度。由于黑体辐射腔要直接接触被测高温环境，所以对黑体腔膜层在 蓝宝石光纤上的牢固性要求很高。现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐 射腔膜层材料采用氧化锆材料，由于氧化锆热膨胀系数与蓝宝石光纤的 热膨胀系数不完全匹配，在实际应用中，被测环境温度越高，氧化锆膜 层越容易脱落，严重影响了蓝宝石高温光纤传感器的测温性能。除此之 外，现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔采用高温烧结法制作而 成，这种方法由于工艺条件的限制，使得黑体辐射腔膜层厚度高达 100μm左右，大大降低了黑体辐射腔膜层在蓝宝石光纤上的牢固性。

综上所述，现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐射腔存在两个不足 之处：1）膜层材料热膨胀系数与蓝宝石光纤的热膨胀系数不完全匹配； 2）膜层太厚。上述二者因素使得现有的蓝宝石高温光纤传感器黑体辐 射腔的膜层在1700℃以上高温条件下容易开裂，甚至严重脱落，导致蓝 宝石高温光纤传感器性能不稳定，难以在1700℃以上的高温环境下正常 工作。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够在1700℃～1850℃高温环境下工作 的蓝宝石高温光纤传感器的黑体辐射腔。

本发明的技术解决方案是：在蓝宝石光纤外表面和一个端面形成一 层均匀的膜层，膜层完全将蓝宝石光纤的一个端面包围，在蓝宝石光纤 外形成一个圆柱形黑体辐射腔，黑体辐射腔膜层材料为氧化锆和三氧化 二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度为 0.5～5μm。

所述的黑体辐射腔膜层长度为8～15mm，。

所述的黑体辐射腔膜层厚度为0.7～1.3μm。

所述的黑体辐射腔膜层采用磁控溅射法制作而成。

本发明的优点和有益效果：本发明提出的黑体辐射腔1的镀膜材料 采用氧化锆和三氧化二钇的混合物。由于采用的镀膜材料的热膨胀系数 与蓝宝石光纤2的热膨胀系数匹配，因此在高温环境下本发明所提出的 黑体辐射腔1不易脱落。除此之外，采用了磁控溅射法进行黑体辐射腔 的制作，降低了黑体辐射腔1的膜层厚度，其膜层厚度为0.7-1.3μm，有 效地增强了膜层在蓝宝石光纤2上的牢固性。本发明提出的用于蓝宝石 高温光纤传感器的黑体辐射腔1，可有效防止蓝宝石高温光纤传感器黑 体辐射腔膜层在1700℃～1850℃高温条件下开裂和脱落的现象发生，极 大地提高了蓝宝石高温光纤传感器的温度测量范围。

附图说明

图1是本发明提出的黑体辐射腔的结构示意图。

具体实施方式

结合附图，具体说明本发明的具体实施方式。

下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，本发明的黑体辐射腔1 是一个圆柱形腔体，其特征在于：

1.在蓝宝石光纤2外表面和一个端面形成一层均匀的膜层，膜层完 全将蓝宝石光纤2的一个端面包围，在蓝宝石光纤2外形成一个圆柱形 黑体辐射腔1，黑体辐射腔1膜层材料为氧化锆和三氧化二钇的混合物， 氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，膜层厚度4为0.5～5μm。

2.所述的黑体辐射腔1膜层长度3为8～15mm，。

3.所述的黑体辐射腔1膜层采用磁控溅射法制作而成。

4.所述的蓝宝石光纤2直径5为200～800μm。

5.所述的蓝宝石光纤2长度6为100～1000mm。

实施例

例如，要实现膜层厚度4为1.3μm，膜层长度3为15mm的黑体辐 射腔1，镀膜设备采用型号为JS3S-80G手动溅射台，镀膜材料采用氧化 锆和三氧化二钇的混合物，氧化锆和三氧化二钇质量比为20:1～5:1，所 采用的蓝宝石光纤2的直径5为800μm，长度6为500mm。将蓝宝石 光纤2装入型号为JS3S-80G手动溅射台，先抽真空，然后设置溅射速 度为5nm/min，手动溅射台自动实现黑体辐射腔1的制作。