[發明專利]一種光纖光柵腐蝕與液體折射率測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201510344509.2
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104864918B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 劉穎剛;賈振安;傅海威;韓黨衛;車伏龍
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司61202
• 代理人: 第五思軍

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種光纖布拉格光柵腐蝕與液體折射率測試裝置。該裝置具備自動溫度調節與補償功能，可用于制作微納光纖光柵折射率傳感器，并實現對液體折射率和熱光系數的準確測量。

背景技術

伴隨光纖技術的發展，基于光纖光柵的新型光電子器件被廣泛應用于光通信與傳感領域，不僅拓展了現代通信器件的功能，而且在傳感領域的應用得到了前所未有的發展?；诠饫w光柵的傳感器由于自身的小型化、多功能化以及易于網絡化的特點，在傳感檢測的各領域發揮了巨大的作用，而且還具有潛在的發展空間。

特別是微納光纖技術與光纖光柵傳感技術的有效結合，使光纖光柵應用與液體折射率的傳感檢測成為可能。普通的光纖光柵對環境折射率變化并不敏感，但當其外徑尺寸減小到幾微米甚至納米尺度時，就成為所謂的微納光纖光柵，它不僅結合了普通光纖光柵的波長選擇特性，還具備光傳輸時的強倏逝場特性，其反射譜的中心波長與功率對外境環境折射率的變化非常敏感，由于具有體積小、感測量準確、可靠性高等原因，在生化領域被用于物質特性參數如濃度、糖度、折射率、含粒度等量的傳感測量，具有其它電學傳感器無法比擬的優勢。

目前，微納光纖光柵的制作途徑有兩種：一種是先制作微納米直徑的光纖，然后采用紫外光相位掩膜法或飛秒激光寫入法制作成微納光柵；另一種就先制作常規尺寸的光纖光柵，然后利用氫氟酸腐蝕光纖光柵至微米直徑尺寸。相比之下，前者雖能保持微納光纖光柵的強機械柔韌性，但需要復雜、昂貴的微納光纖拉制系統。而后者雖然制作的微納光纖光柵機械韌性沒有前者高，但所需腐蝕裝置制作簡單，能夠有效降低成本。因此，在非特殊需求情況下，腐蝕方法在實驗室研究中得到廣泛應用，同時提出了多種制作微納光纖光柵的腐蝕裝置與方法，并將微納光纖光柵用于液體折射率的傳感檢測，只不過由于加工和測量過程持續時間不是太長而忽略了溫度對腐蝕程度和液體折射率測量的影響問題。事實上，無論是腐蝕過程還是測量過程，溫度的變化會影響測量的準確度的，不同環境溫度條件下，同種腐蝕液的腐蝕速率相差是比較大的，比如溫度對20%濃度HF的腐蝕速度的影響達到了0.02μm/min?℃，而對液體折射率測量的影響可達到10^-3-10^-4 RIU（折射率單位）/℃。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，在腐蝕和測量過程中保持環境溫度的恒定、有效的控制腐蝕程度、解決光柵制作過程和液體折射率測量過程中光柵易斷問題、實現溫度的調節與自動控制，我們設計了此種光纖光柵腐蝕與液體折射率測量裝置，將光纖光柵腐蝕裝置和液體折射率測量裝置集成為一體，具有結構簡單、易操作、測量準確和信噪比高的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種光纖光柵腐蝕與液體折射率測試裝置，包括有支撐架和支撐架上的橫桿；橫桿上夾持有雙層管壁的工作容器；工作容器的一側上端、下端的管內壁和管外壁上均設有通孔a和通孔b，通孔a和通孔b內設置柱狀管a和柱狀管b；工作容器的另一側管外壁的上端、下端設有通孔c和通孔d，通孔c和通孔d內分別設有柱狀管c和柱狀管d；工作容器的管內壁與管外壁之間的空腔內設有溫度傳感器，溫度傳感器與可調恒溫水域控制器相連；柱狀管c通過保溫橡膠管a與可調恒溫水域控制器相連，柱狀管d通過保溫橡膠管b與可調恒溫水域控制器相連；工作容器的上管口與下管口分別接橡膠塞a和橡膠塞b；光纖光柵波長檢測器與穿過工作容器內管的光纖光柵的一端相連。

一種光纖光柵腐蝕與液體折射率測試裝置的制作方法，包括以下步驟：

步驟1，制作工作容器，工作容器是本發明的核心部分，具體做法是：

首先，將管壁厚度均為3mm，內經分別為20mm和60mm的有機玻璃管裁取兩段長度為100mm的內管與外管，將內管置于外管中心，用厚度為3mm的有機玻璃封堵內管口與外管口，用環氧膠密封接口處，并將內管的管口處理光滑；

其次，在制作好的雙層管一側設有穿透內外管壁的通孔a和通孔b，另一側設有只穿透外管壁的通孔c和通孔d，在封堵雙層管兩端的有機玻璃片上開設直徑孔；

將柱狀管a和柱狀管b分別插入內外管壁均開的通孔a和通孔b內；將柱狀管c和柱狀管d分別插入只在外管壁開的通孔c和通孔d內，并用環氧膠密封柱狀管a、柱狀管b、柱狀管c、柱狀管d與內外管壁的所有接縫；

最后，用聚酯型熱熔膠封堵柱狀管a、柱狀管b的柱狀接口，完成工作容器的制作。

一種光纖光柵的腐蝕和液體折射率的測量方法，包括以下步驟：