[發(fā)明專利]一種基于液體填充空芯環(huán)狀光纖光柵的溫度傳感方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710578998.7 | 申請日： | 2017-07-17 |
| 公開（公告）號： | CN107687907B | 公開（公告）日： | 2020-03-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 趙勇;夏鳳;胡海峰 | 申請（專利權(quán)）人： | 東北大學(xué) |
| 主分類號： | G01K11/32 | 分類號： | G01K11/32 |
| 代理公司： | 大連理工大學(xué)專利中心 21200 | 代理人： | 梅洪玉 |
| 地址： | 110819 遼寧*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 液體 填充 環(huán)狀 光纖 光柵 溫度 傳感 方法 | ||
一種基于液體填充空芯環(huán)狀光纖光柵的溫度傳感方法。空芯環(huán)狀光纖的上半環(huán)上刻制長周期光纖光柵，此非對稱長周期光纖光柵將入射線偏振基模HE11x轉(zhuǎn)化為TE01模式和HE21x模式。輸入的HE11x模式由于光能量損耗，在其透射光譜中形成諧振谷，諧振谷的中心波長為諧振波長。在空芯環(huán)狀光纖的空芯中填充具有高熱光系數(shù)的折射率匹配液，環(huán)境溫度變化時，折射率匹配液的折射率值發(fā)生改變，引起光柵諧振波長位置改變。溫度傳感系統(tǒng)由寬譜光源，輸入單模光纖，保偏光纖，空芯環(huán)狀光纖光柵，輸出單模光纖和光譜分析儀組成。隨溫度升高，光柵諧振波長線性增大。該方法測量具有穩(wěn)定性好、靈敏度高等優(yōu)點。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于液體填充空芯環(huán)狀光纖光柵的溫度傳感方法。
背景技術(shù)
由于其體積小，高靈敏度，不受電磁干擾，耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，光纖溫度傳感器的研究越來越受學(xué)者們關(guān)注。目前，已有報道多種光纖溫度傳感器，例如光纖光柵溫度傳感器，側(cè)邊拋磨光纖溫度傳感器，光纖熒光溫度傳感器，光纖環(huán)溫度傳感器，光纖干涉儀溫度傳感器等。普通光纖傳感器的溫度測量靈敏度較低，因為其溫度傳感機理主要依賴于二氧化硅材料的熱光特性，而二氧化硅材料的熱光系數(shù)較低。近年來，許多學(xué)者報道了將光纖與具有高熱光系數(shù)的材料結(jié)合的方法來提高光纖溫度傳感器的靈敏度。光纖與高熱光系數(shù)材料結(jié)合的溫度傳感器可以分為兩大類：一類是將光纖結(jié)構(gòu)密封在具有高熱光系數(shù)的材料中，另一種將高熱光系數(shù)的材料填充到具有微孔結(jié)構(gòu)的特殊光纖中。對于材料封裝型光纖溫度傳感器，例如酒精封裝的微光纖錐和液體封裝的S形錐，材料的熱光效應(yīng)和熱膨脹效應(yīng)使得光纖結(jié)構(gòu)對溫度變化非常敏感，酒精封裝的微光纖錐和液體封裝的S形錐的溫度測量靈敏度分別高達-3.88nm/℃和-1.403nm/℃。然而，為了獲得較高的溫度測量靈敏度，通常采用細(xì)長的光纖錐結(jié)構(gòu)，這將降低傳感器的機械性能和使用壽命。將高熱光系數(shù)的材料填充到具有微孔結(jié)構(gòu)的特殊光纖中由于具有其極高的溫度測量靈敏度，引起學(xué)者們的極大研究興趣。Erick Reyes-vera等提出一種將全光纖Sagnac環(huán)干涉儀與銦填充的側(cè)孔光子晶體光纖結(jié)合的結(jié)構(gòu)，其溫度靈敏度可達-9.0nm/℃。然而Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)的測量系統(tǒng)具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得其測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。由此可知，結(jié)構(gòu)緊湊、機械性能好、穩(wěn)定性好且靈敏度高是目前光纖溫度傳感器的發(fā)展方向。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述錐形光纖結(jié)構(gòu)溫度傳感器機械性能和使用壽命、環(huán)類光纖溫度傳感器測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差的缺點，提出一種基于液體填充空芯環(huán)狀光纖光柵的高靈敏度溫度傳感方法，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、機械性能好、穩(wěn)定性好、靈敏度高等優(yōu)點。
具體技術(shù)方案為：
一種基于液體填充空芯環(huán)狀光纖光柵的溫度傳感方法，包括如下步驟：
步驟1：通過化學(xué)氣相沉積法和光纖拉制制得空芯環(huán)狀光纖；該空芯環(huán)狀光纖的環(huán)芯內(nèi)徑a1為0.5～1.5μm，環(huán)芯外徑a2為2.5～3.5μm，包層半徑a3為50～65μm，高折射率環(huán)折射率n2為1.468～1.469，包層折射率n3為1.44～1.446；該空芯環(huán)狀光纖支持六個以上矢量模式，即至少包括前六階矢量模式HE11x、HE11y、HE21x、HE21y、TE01和TM01；
步驟2：將不透光液體填充于空芯環(huán)狀光纖，并進行單側(cè)紫外曝光，使該空芯環(huán)狀光纖的上半環(huán)刻制有非對稱光柵；光柵周期Λ為150～300μm，光柵周期個數(shù)N為25～60；折射率調(diào)制值Δn為2.6×10-4～3.2×10-4，由于非對稱光纖光柵打破了光纖結(jié)構(gòu)的圓對稱性，可實現(xiàn)環(huán)內(nèi)角向非同階模式之間的轉(zhuǎn)換；
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