[發(fā)明專利]一種光纖傳感器及其檢測平臺和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711297513.3
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107907491B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡興柳;楊忠;石朝霞;王彥
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27;G01K11/32
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 蔣海軍

本發(fā)明公開了一種光纖傳感器及其檢測平臺和方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，它由光纖探頭構(gòu)成，包括入射區(qū)、傳感區(qū)和光纖末段，還包括拉錐區(qū)，所述的傳感區(qū)一端與一個拉錐區(qū)和入射區(qū)依次連接，所述的傳感區(qū)的另一端與另一個拉錐區(qū)和光纖末段一端依次連接。它可以增大傳感器的靈敏度。平臺包括支架，支架由豎直面和水平面構(gòu)成，所述的豎直面上設(shè)有用于固定以上所述的光纖探頭的固定部，所述水平面上設(shè)有承載容器的凹洞。針對現(xiàn)有技術(shù)的光纖傳感器檢測靈敏度低的問題，它對普通拉錐光纖串進行加工，可以提高錐形光纖傳感器的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖傳感器及其檢測平臺和方法。

背景技術(shù)

溫度和液體參數(shù)的檢測分析在石油、化工、制藥、食品以及環(huán)境監(jiān)測等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，其中，液體的檢測包括多個參數(shù)，例如液體的成分、折射率、濃度、表面張力、渾濁度、pH值以及粘度等等。對液體成分進行檢測的方法有很多種，除了傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法外，還有分光光度測量、液相色譜等方法也被廣泛應(yīng)用，但這些液體檢測的方法多數(shù)功能比較單一，檢測效率低，且成本較高。光纖傳感器已成為測量液體的折射率和濃度的較為實用的方法，微纖維因具有與基于光纖光柵的傳感器相似的靈敏度，同時制造成本較低并且相對更容易制造的特點(通常僅需要熔接機來實現(xiàn))，逐漸被發(fā)現(xiàn)并廣泛應(yīng)用。近來有許多微纖維結(jié)構(gòu)已經(jīng)被報道，如超細纖維環(huán)路諧振器(MLR)，超細纖維線圈共振器(MCR)，超細纖維結(jié)共振器，超細纖維馬赫-曾德干涉儀(MMZI)等。

在現(xiàn)有的檢測平臺中，較多的通過適當(dāng)改變光纖結(jié)構(gòu)來提高光纖傳感器的靈敏度。研究發(fā)現(xiàn)，在改變光纖結(jié)構(gòu)時，采用的方法有多種：對普通光纖進行拉錐，增加倏逝場長度，或是增加多個錐體結(jié)構(gòu)(倏逝場)，或是改變直線拉錐光纖結(jié)構(gòu)為U形探頭結(jié)構(gòu)，以及改變光纖中光波的傳輸方式為反射方式等，均可在一定程度上提高光纖傳感器的靈敏度。

2008年4月15日發(fā)表在IEEE?PHOTONICS?TECHNOLOGY?LETTERS,VOL.20,NO.8上的論文《Refractive?Index?Sensing?With?Mach–Zehnder?Interferometer?Based?onConcatenating?Two?Single-Mode?Fiber?Tapers》，Zhaobing?Tian等研究了直線結(jié)構(gòu)的拉錐光纖串的高靈敏特性，并用于液體折射率的檢測。

2013年2月發(fā)表在IEEE?SENSORS?JOURNAL,VOL.13,NO.2上的論文《InlineMicrofiber?Mach-Zehnder?Interferometer?for?High?Temperature?Sensing》，AliAbdulhadi?Jasim,等研究了基于馬赫曾德爾干涉的拉錐光纖串傳感器的高溫敏感特性，首先對普通光纖拉錐，制成一個錐體結(jié)構(gòu)，然后在錐體結(jié)構(gòu)上，再進行拉錐。

2013年9月17號發(fā)表在10.1049/iet-opt上的論文《Microcontroller-basedinstrumentation?system?for?measurement?of?refractive?index?of?liquid?usingbare,tapered?and?bent?fibre?as?sensor》，Shakuntala?Laskar等研究的是基于微控制器系統(tǒng)上，使用去除包層的彎曲錐形多模光纖傳感器，在拉錐段上彎曲成U形，制成探頭，去檢測液體的折射率；該論文主要涉及到對電路的設(shè)計，元器件的選擇及連接。

由于光纖本身極易折斷，且倏逝場部分光纖更為纖細、敏感；因此無論直線型拉錐結(jié)構(gòu)或是U形探頭結(jié)構(gòu)，傳感器較長的倏逝場，在一次液體檢測完成后，均存在清洗不便的問題，清洗時會對拉錐區(qū)造成損傷，影響下次液體檢測。而在拉錐段加上U行結(jié)構(gòu)，存在加工難度大，對兩側(cè)拉錐區(qū)的一致性要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得該類傳感器的封裝、使用更為困難，這在現(xiàn)實操作中實現(xiàn)難度大，不具有推廣使用的意義，且成本較高；另外，直線結(jié)構(gòu)的拉錐光纖在用于檢測小規(guī)模微量液體時，不能與液體充分接觸，檢測也較為困難；上述結(jié)構(gòu)的光纖傳感器在靈敏度要求較高的場合均無法推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容