[發(fā)明專利]一種基于微納光纖的扭曲傳感器及制備方法和測量方法

在審

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• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111272105A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張強(qiáng);李永民
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 太原申立德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

1.一種基于微納光纖的扭曲傳感器，其特征在于：包括兩段單模光纖(2)和一段微納光纖(3)，所述一段微納光纖(3)設(shè)置在兩段單模光纖(2)之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納光纖的扭曲傳感器，其特征在于：所述單模光纖(2)是任意波段的單模光纖或單模光子晶體光纖，其構(gòu)成了扭曲傳感器的光導(dǎo)入和導(dǎo)出結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納光纖的扭曲傳感器，其特征在于：所述微納光纖(3)是直徑小于單模光纖(2)的光纖，其直徑為100nm-50μm，其構(gòu)成了扭曲傳感器的振動部分。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微納光纖的扭曲傳感器，其特征在于：所述微納光纖(3)焊接在兩段單模光纖(2)之間。

5.一種基于微納光纖的扭曲傳感器的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，制備微納光纖(3)；

步驟2，去除單模光纖(2)涂覆層，然后利用光纖切割刀制備兩段具有平坦端面的單模光纖(2)和一段具有平坦端面的微納光纖(3)；

步驟3，將步驟2得到的一段單模光纖(2)與微納光纖(3)具有平坦端面的一端焊接在一起，然后保留目標(biāo)長度的微納光纖(3)將微納光纖(3)切斷；

步驟4，將微納光纖(3)另一端的端面與另外一段單模光纖(2)焊接在一起，制得基于微納光纖的扭曲傳感器。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于微納光纖的扭曲傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟1制備微納光纖(3)通過光纖拉錐機(jī)或者化學(xué)腐蝕工藝制備，其直徑為100nm-50μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于微納光纖的扭曲傳感器的制備方法，其特征在于：所述單模光纖(2)是任意波段的單模光纖或單模光子晶體光纖。

8.一種基于微納光纖的扭曲傳感器的測量方法，其特征在于：

光源(1)發(fā)出的光通過一側(cè)的單模光纖(2)進(jìn)入基于微納光纖的扭曲傳感器，經(jīng)過微納光纖(3)后從另外一側(cè)的單模光纖(2)出射到光電探測器(4)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流信號，再對電信號進(jìn)行傅里葉分析來獲得微納光纖的機(jī)械本征頻率的變化情況進(jìn)而來獲得扭曲信息。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于微納光纖的扭曲傳感器的制備方法，其特征在于：所述微納光纖(3)的機(jī)械本征頻率表達(dá)為

其中，E、I和ρ分別是二氧化硅材料的彈性模量、截面慣性矩和密度，L、A和d是微納光纖的長度、橫截面面積和直徑，σ是軸向應(yīng)力，θ是扭轉(zhuǎn)角度；由公式(1)和(2)可知，隨著扭轉(zhuǎn)角度θ的增加，微納光纖內(nèi)部的軸向應(yīng)力會增加，進(jìn)而導(dǎo)致微納光纖的機(jī)械本征頻率也增加，通過解調(diào)微納光纖的機(jī)械本征頻率就可以獲得扭轉(zhuǎn)角度θ；通過給微納光纖預(yù)扭轉(zhuǎn)一個角度θ₀，就可以同時獲得外界的扭轉(zhuǎn)角度和扭轉(zhuǎn)的方向。