[發明專利]一種可判別彎曲方向的曲率和溫度同時測量的光纖傳感器

有效

• 申請號: 201610079067.8
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105698858B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 魯平;倪文軍;劉德明;羅超;傅鑫;劉理;廖浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 廖盈春

1.一種可判別彎曲方向的曲率和溫度同時測量的光纖傳感器，其特征在于，包括寬帶光源(1)、第一單模光纖(2)、第一細芯光纖(4)、細芯長周期光纖光柵(5)、第二細芯光纖(6)和第二單模光纖(8)；

所述第一單模光纖(2)的第一端連接所述寬帶光源(1)的輸出端；所述第一單模光纖(2)的第二端連接所述第一細芯光纖(4)的第一端，且所述第一單模光纖(2)與所述第一細芯光纖(4)的連接端作為第一熔接點(3)；

所述細芯長周期光纖光柵(5)連接在所述第一細芯光纖(4)的第二端和所述第二細芯光纖(6)的第一端之間；所述第二細芯光纖(6)的第二端連接所述第二單模光纖(8)的第一端，且所述第二細芯光纖(6)與所述第二單模光纖(8)的連接管作為第二熔接點(7)；

所述第一熔接點(3)、所述第一細芯光纖(4)和所述細芯長周期光纖光柵(5)的第一端依次形成了在線馬赫澤德干涉結構；細芯長周期光纖光柵(5)與所述在線馬赫澤德干涉結構實現了級聯；通過級聯實現在線馬赫澤德干涉結構的干涉譜與細芯長周期光纖光柵的損耗峰疊加以形成不同波長的諧振峰，進而可進行多物理參量的同時測量；

工作中，當外界溫度變化時，所述光纖傳感器中的第二細芯光纖(4)和細芯長周期光纖光柵(5)中傳輸的纖芯模和包層模的折射率差會產生微小的變化，從而導致光譜儀(9)上光譜的諧振波長會產生漂移現象，通過波長解調的方式得到所述光纖傳感器的溫度靈敏度；

當外界壓力或應力作用在所述光纖傳感器時，細芯長周期光纖光柵(5)的周期會隨著壓力或應力出現變大或變小的現象，細芯長周期光纖光柵(5)中的包層模會向不同方向泄露出去，導致光纖耦合強度降低，在光譜儀(9)上觀察到其他諧振波長的強度變化，從而解調出光纖彎曲的靈敏度大小；當光纖彎曲方向不同時，通過細芯長周期光纖光柵產生的兩個諧振波長強度的相反變化來判別光纖的彎曲方向。

2.如權利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于，所述光纖傳感器還包括光譜儀(9)，光譜儀(9)的輸入端連接至第二單模光纖(8)的第二端；所述光譜儀(9)用于顯示所述在線馬赫澤德干涉結構級聯細芯長周期光纖光柵的光譜。

3.如權利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于，所述第一細芯光纖(4)的第一端與所述第一單模光纖(2)的第二端對芯熔接，且所述第一細芯光纖的長度為3cm～8cm。

4.如權利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于，所述第一細芯光纖(4)、所述細芯長周期光纖光柵(5)和所述第二細芯光纖(6)的纖芯和包層直徑均小于普通單模光纖的纖芯和包層。

5.如權利要求4所述的光纖傳感器，其特征在于，所述第一細芯光纖(4)和所述第二細芯光纖(6)的光纖包層直徑為70μm～100μm。

6.如權利要求5任一項所述的光纖傳感器，其特征在于，所述第一細芯光纖(4)和所述第二細芯光纖(6)的光纖纖芯直徑為2μm～8μm。

7.如權利要求1-6任一項所述的光纖傳感器，其特征在于，所述第二細芯光纖的長度為15cm～40cm。

8.如權利要求1-6任一項所述的光纖傳感器，其特征在于，所述細芯長周期光纖光柵(5)的長度為2cm～8cm。

9.如權利要求1-6任一項所述的光纖傳感器，其特征在于，所述細芯長周期光纖光柵(5)為單側非對稱結構光柵。

10.如權利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于，所述光纖傳感器還包括第一夾具和第二夾具，所述第一夾具和所述第二夾具固定夾持在所述光纖傳感器上，所述光纖傳感器在所述第一夾具和所述第二夾具之間的部分處于自由伸直的狀態，所述第一夾具的位置固定，所述第二夾具能移動。