[發明專利]一種基于馬赫增德爾干涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器

無效

• 申請號: 201410581296.0
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104316106A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 曹曄;趙晨;劉慧瑩;童崢嶸
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，特別是一種基于馬赫增德爾干涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器。

背景技術

光纖傳感技術是伴隨著光纖技術和光纖通信技術發展而興起的新型傳感技術。它以光纖為媒介感知和探測外界被測信號，在傳感方式、傳感原理和信號的探測及處理等方面都與傳統的電學傳感器有著明顯的差異，尤其在某些特殊領域及惡劣工況下具有明顯的技術優勢。由于光纖本身為絕緣介質，易彎曲，抗電磁干擾、耐輻射性能好，使得光纖傳感技術特別適用于高溫高壓高濕、強電磁干擾等傳統電學傳感器不易發揮作用的場所及惡劣環境。

現在光纖傳感器已廣泛應用于電力、冶金、航天、土木工程等領域中，用于測量溫度、應變、折射率等物理量。另外由于光纖傳感器的體積小、結構緊湊、靈敏度高等特性，使其在物理、化學和生物等方面也有廣泛的應用。

發明內容

本發明提出并制作了一種基于馬赫增德爾干涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器，輸出信號中存在光纖布拉格光柵(FBG)透射峰和模間干涉峰，根據其對溫度和折射率的不同敏感性，可用其實現雙參量同時測量。

本發明的技術方案為：

一種基于馬赫增德爾干涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器，由光纖布拉格光柵、花生錐結構和偏芯結構串聯組成，光纖布拉格光柵(FBG)的入射端通過單模光纖與寬帶光源連接，單模光纖纖芯直徑為8.3μm、包層直徑為125μm，光纖布拉格光柵(FBG)?在單模光纖上寫制，光纖布拉格光柵(FBG)在室溫條件下的中心波長為1550.28nm；花生錐結構與偏芯結構的距離為2cm；偏芯結構一端與花生錐結構熔接，熔接的偏芯量為4μm；偏芯結構的輸出端通過單模光纖與光譜分析儀連接。

一種所述基于馬赫增德爾干涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器的應用，使用馬赫增德爾(MZ)干涉結構級聯光纖布拉格光柵的光纖傳感器進行溫度和折射率的同時測量，該光纖傳感器在同時對溫度和折射率進行傳感時的光路傳輸為：寬帶光源的光從單模光纖入射，經過光纖布拉格光柵(FBG)時滿足布拉格條件的光反射，其余的光透射；之后經過花生錐結構和偏芯結構時發生模式耦合形成干涉，這些模式通過單模光纖傳輸至光譜分析儀中，監測環境溫度和折射率的變化，步驟如下：

1）繪制光纖傳感器的輸出信號光譜圖，當光纖布拉格光柵的透射峰dip1和模間干涉產生的干涉峰dip2發生波長漂移時，分別獲取dip1的波長改變量????????????????????????????????????????????????和dip2的波長改變量；

2）通過以下公式計算環境溫度變化量和折射率的變化量：

式中：、分別為dip1對于溫度和折射率的敏感系數，和是dip2對于溫度和折射率的敏感系數；。

本發明的優點和有益效果是：

該光纖傳感器結構簡單且容易制作，只需要普通的單模光纖及刻寫在單模光纖中的光纖布拉格光柵，該傳感器中輸出信號包含模間干涉峰和布拉格光柵的透射峰，根據其對溫度和折射率的不同敏感性，可以實現對溫度和折射率的同時測量；該光纖傳感器制作成本低、測量精度高，在化學和生物制藥方面有著潛在的應用價值。

附圖說明

圖1?為該光纖傳感器結構示意圖。

圖2為該光纖傳感器的輸出信號光譜圖。

圖中：1.寬帶光源、?2.?光纖布拉格光柵、3.?花生錐結構、4.?偏芯結構、5.?光譜分析儀。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的具體說明。

實施例：

一種基于馬赫增德爾干涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器，如圖1所示，由光纖布拉格光柵2、花生錐結構3和偏芯結構4串聯組成，光纖布拉格光柵(FBG)2的入射端通過單模光纖與寬帶光源1連接，單模光纖纖芯直徑為8.3μm、包層直徑為125μm，光纖布拉格光柵(FBG)?2在單模光纖上寫制，光纖布拉格光柵(FBG)2在室溫條件下的中心波長為1550.28nm；花生錐結構3與偏芯結構4的距離為2cm；偏芯結構4一端與花生錐結構3熔接，熔接的偏芯量為4μm；偏芯結構4的輸出端通過單模光纖與光譜分析儀5連接。