[發明專利]一種三參量同時區分測量光纖傳感器件的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201910726315.7
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110702148B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 劉穎剛;楊丹青;王鈺璽;張庭
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

1.一種三參量同時區分測量光纖傳感器制備方法，其特征在于，包括以下步驟；

步驟一：將一段采用193nm準分子激光器刻寫的柵區總長度為15mm的標準單模光纖布拉格光柵以光纖切刀在柵區切斷分為兩小段，導致均勻折射率調制的光柵被破壞；

步驟二：將兩小段光柵分別固定在熔接機的左右兩個光纖固定夾上，然后通過熔接機手動調節模式對齊兩段光柵并調整至間距為50到100um；

步驟三：另取一段光纖，將其末端剝去一段距離涂覆層并用酒精擦洗干凈，然后蘸取一小滴感光膠使其滴在固定好的兩段光柵(如步驟二所述)的縫隙中；

步驟四：使用紫外固化燈照射感光膠，使感光膠固化形成感光膠腔，而引入結構相移；

所述的紫外固化燈照射感光膠5分鐘，以提高感光膠腔的強度；

所述的光纖切刀在柵區大約中間位置被切斷分為兩小段；

通過本方法制備的裝置應用于對溫度、壓強和折射率這三個參量的同時區分測量；

所述的光纖傳感器有兩個反射面，分別為第一反射面(1)與第二反射面(2)，都是光纖與感光膠的交界面，入射光經過光纖光柵被部分反射，剩余的光繼續向前傳播,到達第一反射面(1)再次被反射部分，剩余的光繼續向前傳播然后通過折射率約為1.5、長度約為57um的感光膠腔被第二反射面(2)反射部分光，剩余光繼續向前傳播而在此被光纖光柵部分反射，光經過密閉EFPI兩個反射面反射后,由于不同光程差引起的相位延遲不同，在輸出端產生干涉圖樣，由于反射面反射率較低，可以忽略多光束反射，因此，輸出光強近似為在這兩個腔中形成的干涉，輸出光強度為：

其中,I為輸出光強；I₁和I₂分別為入射光在密閉EFPI腔體端面處的反射光強；為干涉的初始相位；n為密閉EFPI腔的折射率；λ為光學波長；L為密閉EFPI的腔長，因此，腔體的光學長度可以計算為:

式中，λ₁和λ₂為密閉EFPI干涉光譜中相鄰兩個波谷的波長，密閉EFPI譜中的自由光譜范圍(FSR)可以表示為：

傳輸矩陣法被廣泛應用于相移光纖光柵等非均勻光纖光柵的光波場計算，因此采用該方法對通過在柵區制作密閉EFPI而引入的結構相移的過程中的光譜特性進行分析，由于引入結構相移時,相位相對延遲,需在光柵相移前加入負號,相移矩陣為：

式中表示相移量的大小；

通過測量密閉EFPI光譜的波長漂移(Δλ_EFPI)、結構相移光譜的功率變化(ΔK_PS)和波長漂移(Δλ_PS)，可以利用靈敏度系數矩陣實現對溫度、壓強和折射率這三個參量的同時區分測量，設溫度、壓強和折射率的變化量為ΔT,ΔP和Δn,則其靈敏度矩陣可表示為：

式中，S_1n、S_1T和S_1P為密閉EFPI波長漂移隨折射率、溫度、壓力變化的靈敏度；S_2n、S_2T和S_2P為結構相移波長漂移隨被測量變化的靈敏度；S_3n、S_3T和S_3P為結構相移功率漂移隨測量值變化的靈敏度，通過矩陣的逆運算可以得到被測量的三個物理量的變化量為：

式中

是靈敏度系數矩陣的行列式；

將以上實驗測量結果代入式(6)，可以得到：

實現對溫度、壓強和折射率這三個參量的同時區分測量。