[發明專利]基于同軸光纖的溫度和應力雙參量光纖傳感器

有效

• 申請號: 201110111262.1
• 申請日: 2011-05-03
• 公開（公告）號: CN102261967A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 龐拂飛;章健;齊博;周亭;曹雯馨;王廷云;陳振宜
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01L1/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種基于同軸光纖的溫度和應力雙參量光纖傳感器，屬于光纖傳感技術應用領域。

背景技術

溫度和應力是光纖傳感技術應用領域中最重要的兩個物理量，在大型橋梁、隧道、大壩等安全監控領域，都必須對溫度和應力這兩個參量進行探測。然而，由于光纖本身對溫度和應力同時敏感，即溫度和應力會同時引起光纖傳感信號的變化，使得人們無法對兩者的具體影響加以區分，這就是交叉敏感問題。交叉敏感問題可以說是光纖傳感技術的一個普遍問題，在一定程度上制約了光纖傳感技術的應用推廣。為了克服交叉敏感問題，實現溫度和應力的同時區分測量，人們提出了許多技術方案，比較常用的方法包括：基于兩個或兩個以上光纖傳感器組合、或改變光纖本身的某些結構參數、或采用不同的封裝等等。例如：H.J.Patrick?等（H.J.Patrick,?G.M.Williams,?A.D.Kersey,?J.P.Pedrazzani,?and?A.M.Vengsarkar.?IEEE?Photon.?Technol.?Lett.,?1996,?8(9):1223-1225）提出，將具有不同敏感特性的光纖布拉格光柵與長周期光纖光柵組合實現溫度和應力雙參量光纖傳感器；LiXiaohong?等（LiXiaohong,?WangDexiang,?ZhaoFujin,?and?DaiEnguang.?MICRIWAVE?AND?OPTICAL?TECHNOLOGY?LETTERS,?2004,?43(6):478-481）提出對光纖布拉格光柵進行部分腐蝕，從而獲得兩套布拉格反射波長，利用它們對溫度和應力傳感靈敏度的差異實現雙參量光纖傳感器，從而克服了交叉敏感問題。但是這些技術方案的不足之處在于制作過程中不可避免的要使用一些復雜的光纖傳感頭處理技術，例如特種紫外光寫入、化學腐蝕、機械打磨、傳感頭涂覆等工藝。

發明內容

本發明的目的在于克服上述溫度和應力雙參量同時測量光纖傳感技術的不足，提供了一種基于同軸光纖的溫度和應力雙參量光纖傳感器，它具有制造工藝簡單、操作使用方便、測量穩定性高、易于與現有標準單模光纖熔接等特點。

為達到上述目的，本發明的構思是：

制作一種基于同軸光纖的傳感頭，這種傳感頭依次包括單模輸入光纖、第一同軸光纖、中間單模光纖、第二同軸光纖和單模輸出光纖，其中單模輸入光纖和中間單模光纖依次與第一同軸光纖通過光纖熔接機熔接構成一號傳感單元；中間單模光纖和單模輸出光纖依次與第二同軸光纖通過光纖熔接機熔接構成二號傳感單元，它們共同構成溫度和應力雙參量光纖傳感頭。此前，本發明人所在的課題組分別研究了基于具有雙包層結構同軸光纖的溫度和應力傳感特性（Fufei?Pang,?Wenchao?Xiang,?Hairun?Guo,?Na?Chen,?Xianglong?Zeng,?Zhenyi?Chen,?and?Tingyun?Wang.?Optics?Express,?2008,?16(17):12967-12972;?Zhang,?Jian,?Pang,?Fufei,?Guo,?Hairun,?Chen,?Zhenyi,?Wang,?Tingyun.?Proceedings?of?the?SPIE,?2010,Vol.7853,?pp.78533U-78533U-6）,通過理論和實驗證明同軸光纖具有包層模諧振光譜濾波功能，并且諧振光譜對溫度和應力具有敏感性，這也是本發明提出的前提和基本依據。

本發明的工作原理：