[發(fā)明專(zhuān)利]一種高靈敏無(wú)溫度交叉干擾的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611192610.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106802190B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯平;倪文軍;劉德明;傅鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01K11/32
• 分類(lèi)號(hào): G01K11/32;G01N3/26
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 張建偉

1.一種高靈敏無(wú)溫度交叉干擾的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器，其特征在于，包括第一單模光纖(2)、第一細(xì)芯光纖(4)、錐形細(xì)芯光纖(5)、第二細(xì)芯光纖(6)和第二單模光纖(8)；

所述第一單模光纖(2)的一端與第一細(xì)芯光纖(4)相連，兩者之間的錯(cuò)位熔接點(diǎn)作為第一熔接點(diǎn)(3)，錯(cuò)位熔接用于將第一單模光纖(2)中傳輸?shù)墓廨^為平均的耦合到第一細(xì)芯光纖(4)的纖芯和包層中；另一端用于外接寬源光源；第一單模光纖(2)用于將寬帶光源發(fā)出的光耦合到第一細(xì)芯光纖(4)的纖芯中；

所述錐形細(xì)芯光纖(5)設(shè)在所述第一細(xì)芯光纖(4)和所述第二細(xì)芯光纖(6)之間，用于將第一細(xì)芯光纖(4)的包層中傳輸?shù)墓獠糠中孤┑酵饨绛h(huán)境中；所述第二細(xì)芯光纖(6)的另一端連接所述第二單模光纖(8)的一端，兩者之間的錯(cuò)位熔接點(diǎn)作為第二熔接點(diǎn)(7)，錯(cuò)位熔接用于將第二細(xì)芯光纖(6)中纖芯和包層傳輸?shù)墓廨^為平均的耦合到第二單模光纖(8)的纖芯中；所述第二單模光纖(8)的另一端，作為輸出端外接光譜儀；所述錐形細(xì)芯光纖(5)、第一細(xì)芯光纖(4)和所述第二細(xì)芯光纖(6)是一根光纖整體拉制成的，光纖外徑形狀為圓柱形；所述錐形細(xì)芯光纖(5)是采用氫氧焰對(duì)細(xì)芯光纖中部加熱熔融拉制細(xì)芯光纖而成；其中，兩端未進(jìn)行熔融加熱拉錐的細(xì)芯光纖分別為所述第一細(xì)芯光纖(4)和所述第二細(xì)芯光纖(6)；所述錐形細(xì)芯光纖(5)的錐腰直徑為15μm～40μm，錐腰直徑越小，泄漏出包層的包層模式功率越強(qiáng)，所測(cè)溫度和扭轉(zhuǎn)靈敏度越高；所述錐形細(xì)芯光纖(5)的錐區(qū)長(zhǎng)度為300μm～1000μm，不同長(zhǎng)度的錐形細(xì)芯光纖形成不同的自由光譜范圍，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，自由光譜范圍越小；

所述第一熔接點(diǎn)(3)和所述第二熔接點(diǎn)(7)采用光纖軸線(xiàn)方向?qū)ΨQ(chēng)、截面方向錯(cuò)位的熔接方式，與第一細(xì)芯光纖(4)、錐形細(xì)芯光纖(5)和第二細(xì)芯光纖(6)一起形成光纖線(xiàn)內(nèi)馬赫-澤德干涉結(jié)構(gòu)，第一、二細(xì)芯光纖與第一、二單模光纖軸線(xiàn)方向?qū)ΨQ(chēng)使得所述細(xì)芯光纖中被激發(fā)的包層模式數(shù)目相對(duì)較少，與細(xì)芯光纖纖芯形成模式干涉后能形成較為純凈的干涉圖樣，在垂直于光纖光軸的截面方向錯(cuò)位能使得熔接過(guò)程中分配到所述細(xì)芯光纖中纖芯和包層的光強(qiáng)較為平均；

所述光纖扭轉(zhuǎn)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分別固定夾持著所述光纖扭轉(zhuǎn)傳感器的第一單模光纖(2)和第二單模光纖(8)，所述第一夾具和所述第二夾具之間，由第一細(xì)芯光纖(4)、錐形細(xì)芯光纖(5)、第二細(xì)芯光纖(6)形成的錐形細(xì)芯光纖錯(cuò)位熔接結(jié)構(gòu)處于自由伸直的狀態(tài)，所述第一夾具的位置固定，所述第二夾具能360°旋轉(zhuǎn)。

2.如權(quán)利要求1所述的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器，其特征在于，所述光纖扭轉(zhuǎn)傳感器還包括光譜儀(9)，所述光譜儀(9)的輸入端連接至所述第二單模光纖(8)的第二端，即光纖扭轉(zhuǎn)傳感器的輸出端；所述光譜儀(9)用于顯示所述光經(jīng)過(guò)第一細(xì)芯光纖(4)、錐形細(xì)芯光纖(5)和第二細(xì)芯光纖(6)形成的錐形細(xì)芯光纖錯(cuò)位熔接結(jié)構(gòu)的透射光譜，從而得到馬赫-澤德在線(xiàn)干涉圖樣。

3.如權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器，其特征在于，所述第一細(xì)芯光纖(4)和所述第二細(xì)芯光纖(6)的長(zhǎng)度均為0.5cm～1cm，不同長(zhǎng)度的細(xì)芯光纖會(huì)使得如權(quán)利要求2所述干涉圖樣形成不同的自由光譜范圍；第一、二細(xì)芯光纖的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，自由光譜范圍越小。

4.如權(quán)利要求3所述的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器，其特征在于，所述第一細(xì)芯光纖(4)和所述第二細(xì)芯光纖(6)的光纖包層直徑為62.5μm～100μm，不同的包層直徑使得包層中被激發(fā)的包層模式與外界環(huán)境接觸的難易程度不同，從而影響最終被測(cè)溫度和扭轉(zhuǎn)的靈敏度，包層越細(xì)靈敏度越高。

5.如權(quán)利要求3所述的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器，其特征在于，所述第一細(xì)芯光纖(4)和所述第二細(xì)芯光纖(6)的光纖纖芯直徑為1μm～5.6μm，不同的纖芯直徑使得從第一單模光纖(2)纖芯耦合到第一細(xì)芯光纖(4)纖芯的光功率不同，從而形成不同消光比的干涉圖樣。