[發(fā)明專利]一種用于溫度和曲率雙參量測(cè)量的光纖傳感器

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2014-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104266668A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童崢嶸;欒盼盼;曹曄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/26
• 分類號(hào): G01D5/26;G01K11/32;G01B11/24;G02B6/255
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)，特別是一種用于溫度和曲率雙參量測(cè)量的光纖傳感器。

背景技術(shù)

光纖傳感器根據(jù)被測(cè)物理量對(duì)光調(diào)制方法的不同，可以分為強(qiáng)度型傳感器、波長(zhǎng)型傳感器、相位型傳感器和光纖偏振型傳感器四大類。干涉型光纖傳感器通過(guò)檢測(cè)由調(diào)制光信號(hào)的相位變化引起的輸出效果的變化而獲得外界信息的改變量，從而實(shí)現(xiàn)傳感的目的。干涉型光纖傳感器以其很高的分辨率和檢測(cè)靈敏度，自被提出就受到了研究人員的密切關(guān)注。

曲率是光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域中重要的物理量，在很多工業(yè)生產(chǎn)及民用領(lǐng)域常常需要對(duì)曲率進(jìn)行探測(cè)。在實(shí)際傳感探測(cè)應(yīng)用中，不可避免的存在溫度和曲率的交叉敏感。在目前已報(bào)道的曲率傳感器中，大多無(wú)法對(duì)溫度和曲率對(duì)傳感信號(hào)的具體影響加以區(qū)分，而可以實(shí)現(xiàn)溫度和曲率雙參量同時(shí)測(cè)量的光纖傳感結(jié)構(gòu)中，常用到化學(xué)腐蝕、刻寫并級(jí)聯(lián)光纖光柵、應(yīng)用保偏光纖或光子晶體光纖等方法，這些方案不僅操作復(fù)雜，且成本較高。以上問(wèn)題均限制了光纖曲率傳感器在實(shí)際生產(chǎn)中的大規(guī)模使用。

因此，需要提出一種傳感結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作工藝簡(jiǎn)便，且成本低廉的方案解決溫度和曲率交叉敏感的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種用于溫度和曲率雙參量測(cè)量的光纖傳感器，該光纖傳感器基于拉錐單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，用不同模式間干涉形成干涉峰的靈敏性差異，實(shí)現(xiàn)溫度和曲率的雙參量測(cè)量，該光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)便、成本低廉，可操作性強(qiáng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于溫度和曲率雙參量測(cè)量的光纖傳感器，所述光纖傳感器基于拉錐單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，由入射端單模光纖、錐形結(jié)構(gòu)、中間段單模光纖、多模光纖和出射端單模光纖串聯(lián)組成，其中入射端單模光纖、中間段單模光纖和輸出端單模光纖均為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖；錐形結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)過(guò)渡區(qū)即漸縮區(qū)和漸擴(kuò)區(qū)和一個(gè)錐腰部分，在過(guò)渡區(qū)光纖直徑沿徑向逐漸減小或逐漸增大，在錐腰部分光纖直徑最小且保持不變，錐形結(jié)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖利用光纖熔接機(jī)放電拉伸制作而成，放電量大小范圍為165-185bit，放電時(shí)間為1150-1350ms；中間段單模光纖的長(zhǎng)度為20-40mm；多模光纖為階躍型多模光纖，長(zhǎng)度為10-20mm，芯徑為60-105μm。

本發(fā)明的工作原理：

本發(fā)明的光纖傳感器工作原理為入射光在錐形結(jié)構(gòu)2的分光作用下，由輸入端單模光纖1進(jìn)入中間段單模光纖3，激勵(lì)起中間段單模光纖3的纖芯模和各階包層模，傳輸至中間段單模光纖3和多模光纖4的熔接點(diǎn)時(shí)，滿足相位匹配條件的模式之間產(chǎn)生干涉，干涉光經(jīng)多模光纖4的耦合作用進(jìn)入多模光纖4傳輸，并激勵(lì)起多模光纖4的各階纖芯模，在多模光纖4和輸出端單模光纖5的熔接點(diǎn)處，滿足相位匹配條件的模式之間產(chǎn)生干涉，后經(jīng)輸出端單模光纖5輸出。經(jīng)輸出端單模光纖5輸出的信號(hào)中包含不同模式間干涉形成的干涉峰，隨著外界溫度及曲率的變化，不同干涉峰特征波長(zhǎng)有著不同的漂移量，結(jié)合雙波長(zhǎng)矩陣方程，即可同時(shí)得到外界溫度及曲率的變化量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

該光纖傳感器，可以看作是在傳統(tǒng)SMS光纖傳感器的基礎(chǔ)上對(duì)輸入端單模光纖進(jìn)行拉錐處理而成，制作工藝簡(jiǎn)單，只需使用光纖熔接機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖進(jìn)行放電拉錐及普通光纖間的熔接；錐形結(jié)構(gòu)作為一種新穎的光學(xué)器件，結(jié)構(gòu)緊湊，制作簡(jiǎn)單，可代替昂貴復(fù)雜的光學(xué)器件，并實(shí)現(xiàn)好的效果，具有傳感結(jié)構(gòu)的小型化、一體化，成本低的特點(diǎn)。本發(fā)明的光纖傳感器輸出信號(hào)包含不同模式間干涉形成的干涉峰，利用兩種干涉峰對(duì)溫度和曲率的不同敏感特性，結(jié)合雙波長(zhǎng)矩陣即可實(shí)現(xiàn)溫度和曲率的雙參量同時(shí)測(cè)量，解決傳統(tǒng)干涉型光纖傳感器交叉敏感，測(cè)量參量單一的問(wèn)題，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用空間。

附圖說(shuō)明

圖1是本光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是標(biāo)準(zhǔn)單模光纖在熔接機(jī)上放電拉伸形成的錐形結(jié)構(gòu)照片。

圖3是本光纖傳感器的輸出透射譜。

圖中：1.入射端單模光纖、2.錐形結(jié)構(gòu)、3.中間段單模光纖、4.多模光纖、5.出射端單模光纖、6.寬帶光源、7.光譜分析儀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例