【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器，具体涉及一种基于光纤封装纳米颗粒的高温温度传感器及其制备方法。
技术介绍
1、随着工业和科学技术的快速发展，对高温环境中精确测量温度的需求日益增加，尤其是在石油化工、金属冶炼、航空航天和半导体制造等领域。传统的高温温度传感器，如热电偶和红外测温仪，虽然应用广泛，但在苛刻环境下往往面临精度不足、灵敏度有限及易受电磁干扰影响的问题。此外，这些传统传感器的稳定性在长期高温环境中可能显著降低。
2、目前已有多种温度传感技术，主要包括热电偶、红外测温、基于光纤的温度传感器，以及纳米材料增强型温度传感器。这些技术方案在不同应用中各有优劣，但在高温稳定性、响应速度和抗干扰能力等方面的性能仍存在差距。热电偶因其结构简单、制造成本低，已广泛应用于高温测量。然而，热电偶对电磁干扰较为敏感，在有强电磁场的环境中测量稳定性较差。红外测温仪基于非接触测量原理，可实现快速响应，在高温、动态测量环境中应用广泛。但是，红外测温的精度容易受到表面发射率、环境光以及粉尘、气体等外部因素的影响。此外，红外测温仪在密闭或复杂几何结构的测量环境中表现不佳，且难以实现深部区域的温度检测。
3、光纤传感器具有抗电磁干扰、耐高温、尺寸小的优点。常用的光纤温度传感技术包括光纤光栅和光纤法珀腔。但是光纤光栅的传感区域过大，而光纤法珀腔比较容易受到外界条件的干扰，且两者的测量灵敏度和精度仍然有限。
4、近年来，纳米材料(如量子点、金属纳米颗粒)凭借其优异的光学特性(如高灵敏度和特定波长下的光谱响应)逐渐应用于温度传感器的设计
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题：如何设计一种能够在高温和复杂环境中保持纳米颗粒光学特性稳定的传感器结构，是当前
急需解决的问题。本专利技术通过创新性的光纤腔封装技术，提升纳米颗粒的物理化学稳定性，为高精度温度监测提供了一种有效的解决方案。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，传感器包括光纤，其特征在于：光纤内部存在一个空腔结构，空腔的内壁上分布有纳米颗粒，空腔结构的直径介于纤芯与包层之间。
4、光纤由两段凹槽光纤熔接而成，每段凹槽光纤的一端经过蚀刻形成凹槽结构，两个凹槽结构拼接为空腔结构。
5、所述纳米颗粒为量子点或金属纳米颗粒，纳米颗粒的光学信号响应于温度变化而发生峰位、峰宽或强度的变化，用于高精度的温度监测。
6、所述纳米颗粒通过激光辅助吸附或者化学吸附的方式沉积在凹槽内表面。
7、所述纳米颗粒具有多层结构，包括一层保护层。
8、所述空腔结构的内部为低真空。
9、一种基于基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构的制作方法，包括以下步骤:
10、(1)取两段光纤，分别在两段光纤的一个端面进行蚀刻以形成凹槽结构；
11、(2)利用激光辅助吸附或者化学吸附技术将纳米颗粒沉积在凹槽内；
12、(3)采用精密熔接技术将两段光纤的凹槽端熔接在一起形成空腔结构。
13、步骤(1)中的蚀刻步骤通过化学蚀刻或等离子蚀刻完成，以控制凹槽的尺寸和形状。
14、步骤(2)中的熔接在低真空环境下进行，以减少水汽和氧气对纳米颗粒的损害，控制熔接温度和时间，保护纳米颗粒的结构完整性。
15、所述纳米颗粒根据传感器设计的温度范围和灵敏度要求选择不同的材料。
16、本专利技术的传感器制作过程包括以下关键步骤：在光纤末端通过化学或物理方法蚀刻出凹槽结构，为纳米颗粒的沉积提供空间。利用激光或其他手段将纳米颗粒均匀吸附在光纤凹槽内表面，以确保纳米颗粒在高温环境下的稳定分布。将封装材料与光纤结构进行熔接或密封处理，以隔离纳米颗粒与外部环境的接触，确保传感器的长期稳定性。
17、相较于传统高温温度传感器，本专利技术具备以下优点：封装的纳米颗粒结构在高温环境中不会轻易劣化，适合于长时间高温作业。纳米颗粒的光学特性对温度变化反应灵敏，确保温度测量的高精度。光纤封装层提供了良好的抗电磁干扰能力，适合复杂电磁环境。结构紧凑、制作成本低，适用于高温工业、科研和特种环境监控。综上所述，本专利技术提供了一种在高温及复杂环境中具备高稳定性和灵敏度的温度传感解决方案。
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1.一种基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，传感器包括光纤，其特征在于：光纤内部存在一个空腔结构，空腔的内壁上分布有纳米颗粒，空腔结构的直径介于纤芯与包层之间。
2.根据权利要求1所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：光纤由两段凹槽光纤熔接而成，每段凹槽光纤的一端经过蚀刻形成凹槽结构，两个凹槽结构拼接为空腔结构。
3.根据权利要求1所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述纳米颗粒的光学信号响应于温度变化而发生峰位、峰宽或强度的变化，用于高精度的温度监测，纳米颗粒为量子点或金属纳米颗粒。
4.根据权利要求2所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述纳米颗粒通过激光辅助吸附或者化学吸附的方式沉积在凹槽内表面。
5.根据权利要求3所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述纳米颗粒具有多层结构，包括一层保护层。
6.根据权利要求1所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述空腔结构的内部为低真空。p>
7.一种基于基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构的制作方法，其特征在于包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构的制作方法，其特征在于：步骤(1)中的蚀刻步骤通过化学蚀刻或等离子蚀刻完成，以控制凹槽的尺寸和形状。
9.根据权利要求7所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构的制作方法，其特征在于：步骤(2)中的熔接在低真空环境下进行，以减少水汽和氧气对纳米颗粒的损害，控制熔接温度和时间，保护纳米颗粒的结构完整性。
10.根据权利要求7所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构的制作方法，其特征在于：所述纳米颗粒根据传感器设计的温度范围和灵敏度要求选择不同的材料。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，传感器包括光纤，其特征在于：光纤内部存在一个空腔结构，空腔的内壁上分布有纳米颗粒，空腔结构的直径介于纤芯与包层之间。
2.根据权利要求1所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：光纤由两段凹槽光纤熔接而成，每段凹槽光纤的一端经过蚀刻形成凹槽结构，两个凹槽结构拼接为空腔结构。
3.根据权利要求1所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述纳米颗粒的光学信号响应于温度变化而发生峰位、峰宽或强度的变化，用于高精度的温度监测，纳米颗粒为量子点或金属纳米颗粒。
4.根据权利要求2所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述纳米颗粒通过激光辅助吸附或者化学吸附的方式沉积在凹槽内表面。
5.根据权利要求3所述基于光纤腔封装纳米颗粒的传感器稳定性增强结构，其特征在于：所述纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：王廷云，刘真民，陈娜，商娅娜，刘勇，刘书朋，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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