[發明專利]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

• 申請號: 202010085918.6
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111272105A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 張強;李永民
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于光纖光學技術領域，具體涉及一種基于微納光纖的扭曲傳感器及制備方法和測量方法。本發明基于微納光纖的扭曲傳感器由兩段單模光纖和一段微納光纖構成。本發明先通過光纖拉錐機或者化學腐蝕工藝制備微納光纖，然后去除單模光纖涂覆層，利用光纖切割刀切割出平坦端面并焊接制備得到。本發明的測量方法是光源發出的光通過一側的單模光纖進入基于微納光纖的扭曲傳感器，經過微納光纖后從另外一側的單模光纖出射到光電探測器轉化為相應的電流信號，再對電信號進行傅里葉分析來獲得微納光纖的機械本征頻率的變化情況進而來獲得扭曲信息。本發明可以有效地降低光纖扭曲傳感系統的成本和復雜度，具有巨大的實用價值。

技術領域

本發明屬于光纖光學技術領域，具體涉及一種基于微納光纖的扭曲傳感器及制備方法和測量方法。

背景技術

扭曲傳感器被廣泛地用于大型建筑的在線監測、機器人等領域，光纖扭曲傳感器具有體積小、質量輕、可遙測以及抗電磁干擾等優勢，是一種具有巨大實用價值的器件。現已報道的光纖扭曲傳感器主要分為兩類：波長敏感型和光強敏感型。波長敏感型光纖扭曲傳感器解調扭曲信號需要用到光譜儀等設備，該設備的價格較昂貴不利于傳感器的批量化應用。光強敏感型光纖扭曲傳感器不需要光譜儀，但是需要采用參考系統以排除光源光強波動引入的誤差，使得整個測量系統較為復雜。

發明內容

針對目前光纖扭曲傳感器設備昂貴，測量系統復雜的問題本發明提供了一種基于微納光纖的扭曲傳感器及制備方法和測量方法。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種基于微納光纖的扭曲傳感器，包括兩段單模光纖和一段微納光纖，所述一段微納光纖設置在兩段單模光纖之間。當施加一個扭曲時，微納光纖(3)會產生內部張力，進而改變微納光纖(3)的機械本征頻率，通過測量其機械本征頻率的漂移情況就可以實現外界扭曲的測量。該技術方案不需要昂貴的光譜儀以及復雜的光源光強波動消除參考系統等，有效地簡化了扭曲傳感器系統，更具實用價值。

進一步，所述單模光纖是任意波段的單模光纖或單模光子晶體光纖，其構成了扭曲傳感器的光導入和導出結構。

進一步，所述微納光纖是直徑小于單模光纖的光纖，一般可以通過拉錐或者腐蝕等工藝加工而成，其直徑為100nm-50μm，其構成了扭曲傳感器的振動部分。

進一步，所述微納光纖焊接在兩段單模光纖之間。

一種基于微納光纖的扭曲傳感器的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備微納光纖；

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

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

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

進一步，所述步驟1制備微納光纖通過光纖拉錐機或者化學腐蝕工藝制備，其直徑為100nm-50μm。

進一步，所述單模光纖是任意波段的單模光纖或單模光子晶體光纖。

一種基于微納光纖的扭曲傳感器的測量方法，光源發出的光通過一側的單模光纖進入基于微納光纖的扭曲傳感器，經過微納光纖后從另外一側的單模光纖出射到光電探測器轉化為相應的電流信號，再對電信號進行傅里葉分析來獲得微納光纖的機械本征頻率的變化情況進而來獲得扭曲信息。

進一步，所述微納光纖的機械本征頻率表達為