[實用新型]基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320417915.3
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN203465032U
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 蒙紅云;薛紅超;王偉;譚春華;黃旭光
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強

技術領域

本實用新型涉及一種折射率與溫度傳感器，尤其涉及一種基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器。?

背景技術

光纖傳感器在最近幾年被廣泛的研究，他們有許多優(yōu)點，例如尺寸小、靈敏度高、抗電磁干擾等等。他們在遠程測量和過程控制領域吸引了人們極大的興趣，可用于測量溫度、應力、折射率、位移和其他物理量。最近幾年，多模干涉現(xiàn)象被廣泛地應用于傳感器領域，例如利用單模-多模-單模（SMS）光纖結構、單模-多模-單模光纖結構級聯(lián)光纖布拉格光柵、3°傾斜的多模光纖布拉格光柵、多模-無芯-多模光纖結構。所有以上這些方法都是基于在光纖中發(fā)生的多模干涉現(xiàn)象，但是，這些提出的方法大多是單參數(shù)測量并且所用到的單模-多模-單模光纖結構主要是透射型的，由于熔接之后的單模光纖與多模光纖的熔接點在彎曲過大的情況的下容易發(fā)生斷裂，因此該透射型結構不易操作。另外，傳統(tǒng)的利用多模干涉現(xiàn)象測量折射率的傳感方法，一般要完全或部分去除多模光纖的包層，甚至要腐蝕掉部分纖芯，以讓多模光纖纖芯充分接觸待測物質，使待測物質充當多模光纖纖芯的包層，引起多模干涉諧振波長的移動來實現(xiàn)折射率的測量，這種方法的缺點是由于光纖的包層被去除，可承受的強度減弱，穩(wěn)定性降低，應用范圍受限，制作復雜，同時成本上升。傳統(tǒng)的測量溫度的方法，?傳統(tǒng)的測量溫度的方法一般要用到光纖布拉格光柵，或者在單模光纖尾纖末端覆蓋某種折射率會隨溫度變化的物質，以改變單模光纖末端與該種物質界面上的菲涅爾反射率，通過測量布拉格波長的移動或者菲涅爾反射率的變化來實現(xiàn)溫度的測量，這些方法的缺點是成本高，制作復雜，不便于大規(guī)模應用。?

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器及其測量方法，具體技術方案如下。?

一種基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、測量傳感頭和光譜儀；所述光纖環(huán)形器的輸入端口與寬帶光源通過光纖連接，光纖環(huán)形器的第一輸出端口與測量傳感頭通過光纖連接，第二輸出端口與光譜儀輸入端通過光纖連接；光在測量傳感頭內部發(fā)生多模干涉，并在測量傳感頭與待測物質的界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到測量傳感頭內部繼續(xù)傳播并發(fā)生多模干涉，最終傳輸?shù)焦庾V儀，通過光譜儀測得干涉條紋的損耗峰功率和損耗峰波長，再經計算得到待測物質的折射率和溫度。?

上述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，測量傳感頭為端面與光纖軸線垂直的未去除包層的階躍型多模光纖。光經單模光纖進入多模光纖，并在多模光纖末端與待測物質的交界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到多模光纖中，最終耦合進單模光纖，在此過程中，光在從單模光纖進入多模光纖時，在多模光纖的端面上激發(fā)出多個本征?模，這多個模式的光在多模光纖中傳播時發(fā)生干涉，最終又重新耦合進單模光纖中，并傳輸?shù)焦庾V儀。?

上述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器中，所述的寬帶光源為C波段（1520nm-1570nm）的光纖寬帶光源，連接用的光纖均為普通單模光纖。?

上述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器中，根據(jù)干涉條紋的損耗峰功率隨待測物質折射率變化而變化的規(guī)律，計算出待測物質的折射率；根據(jù)干涉條紋的損耗峰波長隨待測物質的溫度變化而變化的規(guī)律，計算出待測物質的溫度。?

利用上述光纖折射率與溫度傳感器的折射率與溫度測量方法，包括：將測量傳感頭插入待測物質中；光經單模光纖進入多模光纖，并在多模光纖末端與待測物質的交界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到多模光纖種，最終耦合進單模光纖，在此過程中，光在從單模光纖進入多模光纖時，在多模光纖的端面上激發(fā)出多個本征模，這多個模式的光在多模光纖中傳播時發(fā)生干涉，最終又重新耦合進單模光纖中，并傳輸?shù)焦庾V儀。干涉條紋的損耗峰功率隨測量傳感頭所處的待測物質折射率變化而變化，通過光譜儀測得干涉條紋損耗峰的功率，再經計算得到待測物質的折射率；干涉條紋的損耗峰波長隨測量傳感頭所處的待測物質的溫度變化而變化，通過光譜儀測得干涉條紋的損耗峰波長，再經計算得到待測物質的溫度。?

上述測量方法中，所述干涉條紋的損耗峰功率為?