[發明專利]基于液體填充光子晶體光纖的振動傳感器

有效

• 申請號: 201910074567.6
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109596206B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 江昕;馬健;鄭羽;羅卓昭;曹蓓蓓;余海湖
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G02B6/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 孫方旭;胡建平

1.一種基于液體填充光子晶體光纖的光纖振動傳感器，其特征在于，包括輸入單模光纖、液體填充光子晶體光纖和輸出單模光纖，依次共軸同心熔接，入射光由輸入單模光纖輸入，傳輸經過液體填充光子晶體光纖，于輸出單模光纖輸出，液體填充光子晶體光纖為石英玻璃材質缺陷芯光子晶體光纖，光纖內部包層區域空氣孔結構中，注入填充液體；將輸入端實芯單模光纖及輸出端的實芯單模光纖固定，使液體填充光子晶體光纖懸空形成簡支梁，液體填充光子晶體光纖中填充液體的方式包括全部空氣孔填充或部分空氣孔填充，簡支梁的固有共振頻率f與液體填充光子晶體光纖形成的有效簡支梁的長度L的關系為，

其中n為共振階數，k＝0.5π，M為與波導材料相關的參數，E為液體填充后光子晶體光纖的彈性模量，I為光子晶體光纖材料橫截面對彎矩中心軸的慣性矩，I＝(πd⁴)/64，d為梁橫截面的直徑，m為簡支梁單位長度質量；還包括光源、光電轉換器、振動發生裝置和示波器，其特征在于，探測光由輸入單模光纖導入，在液體填充光子晶體光纖中傳輸，并由輸出單模光纖導出；振動傳感器受到外界振動時，簡支梁沿振動方向振動，帶動液體填充光子晶體光纖產生微彎，導致纖芯中傳輸的探測光部分向包層耦合泄露并被液體吸收，輸出光強減弱；當振動持續時，簡支梁周期性振動微彎，輸出光強周期性變化，變化周期與振動頻率一致，變化幅值與振動強度相關，形成強度調制型光纖振動傳感器。

2.根據權利要求1所述的光纖振動傳感器，其特征在于，液體填充光子晶體光纖的填充液體為，在0℃至50℃溫度范圍內呈液態，且不與光子晶體光纖材質發生化學反應的物質，該缺陷芯光子晶體光纖的占空比在50％～95％之間。

3.根據權利要求1或2所述的振動傳感器，其特征在于，液體填充光子晶體光纖和實芯單模光纖距熔接點200μm內的光纖彎曲半徑不小于20cm，兩種光纖的熔接界面彎曲半徑不小于30cm，光子晶體光纖空氣孔直徑變化在±10％以內，光子晶體光纖兩端未被液體填充滿的長度不大于8mm且不小于1mm。

4.根據權利要求1或2所述的光纖振動傳感器，其特征在于，所述缺陷芯光子晶體光纖，在石英纖芯的正中心引入了一個空氣孔缺陷，其光纖外徑為150～200μm，空氣填充率為50～90％，纖芯中心的缺陷芯直徑為1.7～6.5μm，環形纖芯外徑為5～15μm，包層孔直徑1.5～7μm，包層孔間距為3～7μm，選用長度為1～10cm。

5.一種權利要求1-2任一項所述振動傳感器的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一，將缺陷芯光子晶體光纖中填充去離子水；步驟二，將實芯單模光纖跳線作為輸入端，與缺陷芯光子晶體光纖一端共軸同心熔接；步驟三，缺陷芯光子晶體光纖另一端以同樣方法熔接另一實芯單模光纖，作為強度調制型傳感器的輸出端；步驟四，將輸入端與輸出端的的實芯單模光纖跳線粘貼于基底上，使液體填充光子晶體光纖完全懸空，形成簡支梁。

6.根據權利要求5所述的振動傳感器制作方法，其特征在于，所述步驟一中，放電電極偏移兩光纖的接觸面，位于實芯單模光纖端面60μm～80μm處，相對放電強度為85，放電次數為2次。