[實(shí)用新型]光子晶體光纖折射率溫度傳感器及測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220338902.2
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN202710208U
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王婷婷;王鳴;常建華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 顧進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

????本實(shí)用新型涉及一種光纖傳感器及其測量系統(tǒng)，特別是光子晶體光纖折射率溫度傳感器及測量系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

折射率是物質(zhì)的一種基本屬性，隨著外界溫度、濃度、密度、壓力等的變化而變化，因此折射率的測量具有重要的實(shí)際意義。傳統(tǒng)的測量方法有阿貝折射率儀，激光照射法以及楊氏干涉法等。但這些傳統(tǒng)的折射率儀不適合遠(yuǎn)距離、小體積領(lǐng)域使用。光纖纖芯和包層的折射率差決定了數(shù)值孔徑，從而影響光纖的損耗。光纖的數(shù)值孔徑受溫度的調(diào)制，即光纖的集光能力受環(huán)境溫度的調(diào)制，經(jīng)光電檢測系統(tǒng)解調(diào)后，即可得到被測物的溫度值。光纖折射率溫度傳感器就是根據(jù)光纖包層折射率隨溫度變化會引起傳輸光能損耗變化的原理制成的。光纖傳感器具有不易受電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、適用于易燃易爆等惡劣環(huán)境……，這些優(yōu)點(diǎn)使其逐漸替代了傳統(tǒng)的大體積折射率儀。?

光纖法布里-珀羅（F-P）干涉?zhèn)鞲衅鳎瑧{借其抗電磁干擾能力強(qiáng)、精度高、穩(wěn)定性好可靠性好、分辨率高等優(yōu)勢,在應(yīng)變、壓力、振動、加速度、溫度、折射率測量等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。非本征型光纖法珀干涉?zhèn)鞲衅魇菓?yīng)用最為廣泛的一種光纖法珀干涉儀，其干涉腔由空氣或其它非光纖的固體介質(zhì)（如中空的石英玻璃管）構(gòu)成，光纖僅起到光傳輸介質(zhì)的作用。它不僅具有光纖傳感器的所有優(yōu)點(diǎn)，而且能克服本征型光纖法珀傳感器對各方向應(yīng)變敏感和受溫度影響較大的缺點(diǎn)。?

當(dāng)非本征型光纖F-P傳感器的干涉腔的折射率發(fā)生變化時，其相位就會發(fā)生變化從而引起干涉條紋的漂移，因此通過檢測波長的偏移量測量氣體或液體的折射率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對待檢測環(huán)境的溫度探測傳感。然而這種傳感器的F-P腔易受污染，這給應(yīng)用其準(zhǔn)確測量帶來一定困難。近來出現(xiàn)了一種利用157nm激光器加工的光纖F-P折射率傳感器，這種傳感器克服了溫度交叉敏感的問題。但是其制作過程復(fù)雜，且在解調(diào)過程中需要去掉低頻調(diào)制信號，降低了測量精度。另一種基于光子晶體光纖的折射率和溫度傳感器的F-P腔由光子晶體光纖兩端與普通單模光纖熔接構(gòu)成，并用飛秒激光器切割一端單模光纖形成約20μm的蓋子防止被測液體進(jìn)入F-P腔，這種傳感器干涉條紋沒有低頻調(diào)制，使得測量更加精確。但是飛秒激光器的使用增加了制作成本和制作復(fù)雜性，而且因?yàn)?.3mm的長腔長限制了利用直接測波長偏移來測量溫度的測量范圍。?

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述問題，本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器及測量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、微型化、制作方便、適用于易燃易爆等惡劣環(huán)境，同時還具有信號噪聲小，系統(tǒng)靈敏度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。?

本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器，包括單模光纖制作的光信號輸入輸出光纖、光子晶體光纖制作的傳感器探頭以及兩者間的空氣腔，所述的光信號輸入輸出光纖一端與傳感器探頭一端通過光纖熔接機(jī)同軸連接，并且通過光子晶體光纖的包層的空氣孔塌陷在光信號輸入輸出光纖與傳感器探頭的連接面處形成橢球形的空氣腔，空氣腔的前后兩表面與切割研磨后形成的傳感器探頭的前端面形成復(fù)合法布里-珀羅腔的三個反射面，所述的空氣腔的前后兩表面的距離L₁為10-20μm，所述的空氣腔的前端面與傳感器探頭的前端面的距離L₂為100-250μm，所述的空氣腔的前后兩表面的曲率半徑均大于L₁。?

本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器的一種改進(jìn)，空氣腔的前后兩表面的距離L₁為10-15μm。?

本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器又一種改進(jìn)，空氣腔的前端面與傳感器探頭的前端面的距離L₂為100-150μm。?

本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器又一種改進(jìn)，空氣腔的前后兩表面的距離L₁為10-15μm，空氣腔的前端面與傳感器探頭的前端面的距離L₂為100-150μm。?

本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器的測量系統(tǒng)，包括傳感分析儀、光子晶體光纖折射率溫度傳感器、環(huán)行器和計(jì)算機(jī)，傳感分析儀連接環(huán)行器F端口并且輸出掃描激光，環(huán)行器的G端口與所述的光子晶體光纖折射率溫度傳感器的傳感器探頭連接，環(huán)行器的H端口與傳感分析儀輸入端口連接，傳感分析儀的輸出端連接到計(jì)算機(jī)，傳感器探頭置于被測液體中。?

通過本實(shí)用新型公開的光子晶體光纖折射率溫度傳感器、制作方法及測量系統(tǒng)，通過利用普通單模光纖和光子晶體光纖形成復(fù)合法布里-珀羅腔，提高了傳感器的檢測效果和檢測的準(zhǔn)確率。?

附圖說明