[發(fā)明專利]一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310740463.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103852191A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周愛;張亞勛;許全;楊軍;苑立波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，尤其涉及一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器。

背景技術(shù)

光纖傳感器由于可繞性好、抗電磁干擾、可進(jìn)行遠(yuǎn)距離和分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于溫度傳感領(lǐng)域。

目前，光纖溫度傳感器主要有基于光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵、法布里-珀羅干涉儀、雙芯光子晶體光纖和各種基于纖芯模-包層模干涉的結(jié)構(gòu)。基于光纖布拉格光柵的溫度傳感器的溫度靈敏度較低；基于法布里-珀羅干涉儀的溫度傳感器對(duì)傳感光纖兩端的反射率要求很高；基于雙芯光子晶體光纖的溫度傳感器要求對(duì)光子晶體光纖進(jìn)行彎曲預(yù)處理，增加了結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性；基于長(zhǎng)周期光纖光柵和各種基于纖芯模-包層模干涉的結(jié)構(gòu)，由于需要利用包層模，存在對(duì)傳感光纖周圍的折射率交叉敏感的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)外界折射率變化不敏感的光纖溫度傳感器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，包括寬譜光源、傳輸單模光纖、耦合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖和光譜分析儀；第一傳輸單模光纖的一端通過第一耦合光纖與空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的一端連接，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的另一端通過第二耦合光纖與第二傳輸單模光纖的一端連接，構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀；第一傳輸單模光纖的另一端與寬譜光源連接，第二傳輸單模光纖的另一端與光譜分析儀連接。

空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖包括空氣孔、環(huán)形芯和包層，所述的空氣孔位于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的軸心、所述的環(huán)形芯和包層與空氣孔同軸，包層環(huán)繞環(huán)形芯，環(huán)形芯環(huán)繞空氣孔。

空氣孔的直徑范圍為20μm-80μm，環(huán)形芯的壁厚為2μm-8μm，包層的外徑為125μm。

耦合光纖為階躍折射率多模光纖，纖芯直徑不小于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的環(huán)形芯外徑。

第一傳輸單模光纖、第一耦合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖、第二耦合光纖和第二傳輸單模光纖之間是通過熔融焊接連接的。

本發(fā)明的有益效果在于：

（1）本發(fā)明的溫度傳感器，利用內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的空氣模和環(huán)形芯模之間大的有效折射率差，構(gòu)造長(zhǎng)度短、結(jié)構(gòu)緊湊的馬赫-澤德干涉儀，有效減小了傳感器的尺寸。

（2）本發(fā)明的溫度傳感器，利用內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的包層的隔離作用，使空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率不受外界介質(zhì)折射率的影響，解決了溫度與折射率交叉敏感的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的基于內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是一種內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的端面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的溫度傳感器在空氣和水中的輸出光譜。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的溫度傳感器在不同溫度下的輸出光譜。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，由寬譜光源1、傳輸單模光纖2、耦合光纖3、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4、傳輸單模光纖5、耦合光纖6和光譜分析儀7組成；傳輸單模光纖2的一端通過耦合光纖3與空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的一端連接，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的另一端通過耦合光纖5與傳輸單模光纖6的一端連接，構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀；傳輸單模光纖2的另一端與寬譜光源1連接，傳輸單模光纖6的另一端與光譜分析儀7連接。

結(jié)合圖2，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4包括位于光纖軸心的空氣孔41、與空氣孔同軸的環(huán)形芯42和包層43；空氣孔41的直徑為62μm，環(huán)形芯42的壁厚為3.3μm，包層的外徑為125μm。

耦合光纖3和耦合光纖5為階躍折射率多模光纖，纖芯直徑為105μm；

傳輸單模光纖2、耦合光纖3、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4、耦合光纖5和傳輸單模光纖6之間是通過熔融焊接連接的。

在工作時(shí)，寬譜光源1發(fā)出的光經(jīng)過傳輸單模光纖2進(jìn)入耦合光纖3，通過耦合光纖3的大直徑纖芯耦合入內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的空氣孔41和環(huán)形芯42，分別以空氣模和環(huán)形芯模的形式在內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4中傳輸。從內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4輸出的兩束光經(jīng)耦合光纖5后進(jìn)入傳輸單模光纖6中并發(fā)生干涉；干涉信號(hào)被光譜分析儀7檢測(cè)。如果外界折射發(fā)生變化，空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率都不會(huì)改變，因此干涉光譜不會(huì)發(fā)生偏移。如果外界溫度發(fā)生變化，空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，同時(shí)內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的長(zhǎng)度也會(huì)發(fā)生變化，因此空氣模和纖芯模經(jīng)過內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4后的光程差會(huì)發(fā)生變化，從而引起干涉光譜發(fā)生偏移。通過檢測(cè)干涉光譜的偏移量變化就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度變化的測(cè)量。