[發明專利]圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 202110583256.X
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113310411B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 魏勇;趙曉玲;李玲玲;劉春蘭;蘇于東
• 申請（專利權）人: 重慶三峽學院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 重慶萃智邦成專利代理事務所(普通合伙) 50231
• 代理人: 竺棟

1.圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器，包括寬譜光源，單模光纖，三維位移臺，光譜儀，其特征在于：還包括有一端為圓弧端面的同軸雙波導光纖、調制傳感漸變折射率多模光纖，金屬膜，石英毛細管，甘油水溶液；其中，所述三維位移臺的兩側夾具分別夾持相對設置的單模光纖一端及同軸雙波導光纖的一端，單模光纖的另一端連接寬譜光源，同軸雙波導光纖的圓弧端面的一端與調制傳感漸變折射率多模光纖的入射端對向設置固定在待檢測物上，調制傳感漸變折射率多模光纖的另一端連接光譜儀，所述調制傳感漸變折射率多模光纖成啞鈴型，其收縮部為腐蝕鍍膜區，腐蝕鍍膜區表面環形包覆有金屬膜，調制傳感漸變折射率多模光纖的腐蝕鍍膜區位于石英毛細管中部，石英毛細管兩端通過光學膠與調制傳感漸變折射率多模光纖密封連接，石英毛細管與調制傳感漸變折射率多模光纖間充滿甘油水溶液。

2.根據權利要求1所述的圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器，其特征在于：所述同軸雙波導光纖與調制傳感漸變折射率多模光纖通過左右兩個石英V槽固定在待檢測物上，且同軸雙波導光纖的圓弧端面露出石英V槽。

3.根據權利要求1所述的圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器，其特征在于：所述寬譜光源波長覆蓋范圍為500nm-1000nm；所述光譜儀的波長覆蓋范圍為500nm-1100nm；所述三維位移臺調節單模光纖和同軸雙波導光纖的相對位置為同軸雙波導光纖的中間纖芯或環形纖芯注光，同軸雙波導光纖的中間纖芯位于同軸雙波導光纖中央，環形纖芯圍繞內包層均勻分布，外包層圍繞環形纖芯均勻分布。

4.根據權利要求1所述的圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器，其特征在于：所述同軸雙波導光纖的圓弧端面為微球形或錐形。

5.根據權利要求1所述的圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器，其特征在于：所述調制傳感漸變折射率多模光纖是由纖芯直徑為105μm，包層直徑為125μm，數值孔徑為0.3的漸變折射率多模光纖制成，其中腐蝕鍍膜區的直徑為50μm。

6.根據權利要求1所述的圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器，其特征在于：所述金屬膜為厚度30nm-60nm的金屬薄膜；所述石英毛細管內直徑范圍為250-280μm，外直徑為300μm；所述甘油水溶液為甘油和水的混合溶液，其折射率范圍在1.333RIU到1.405RIU之間。

7.根據權利要求1所述的圓弧端面同軸雙波導光纖二維位移傳感器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1取一段足夠長的單模光纖，對其兩端面做切平處理，單模光纖左端面通過裸纖適配器連接到寬譜光源上，右端放置于三維位移臺的左側夾具中；

S2制備圓弧端面同軸雙波導光纖，具體步驟為：取兩段1m長的同軸雙波導光纖，將兩段同軸雙波導光纖的四個端面做切平處理，將一段同軸雙波導光纖的右端面放入光纖端面成球機中經多次放電熔融，將光纖端面加工成微球結構的圓弧端面；將另一段同軸雙波導光纖的右端剝除5cm長涂覆層，放入放電熔融拉錐機中經多次放電熔融拉錐直至光纖熔融拉斷，此時光纖端面就會形成錐形結構的圓弧端面，將端面加工好的兩段同軸雙波導光纖放置一旁備用；

S3制備調制傳感漸變折射率多模光纖，具體步驟如下：

S3-1取一段35cm長的漸變折射率多模光纖，將漸變折射率多模光纖左側剝除5cm長涂覆層，并將其左端面切平，并擦拭干凈，在距離左端面1cm處的右側進行腐蝕，腐蝕長度為1cm，并將待腐蝕的漸變折射率多模光纖固定并滴加氫氟酸腐蝕，將其直徑腐蝕至50μm后清潔干凈，將腐蝕后的光纖放入磁控濺射儀金靶下方，鍍制50nm金膜；

S3-2將鍍制好金膜的漸變折射率多模光纖從右至左插入一段長2cm，中心孔直徑大于250微米的石英毛細管中，鍍有金膜的傳感區位于石英毛細管的中間位置，從石英毛細管的一端與漸變多模的開口處注入折射率為1.333-1.405RIU的甘油水溶液，直至甘油水溶液填滿石英毛細管，然后用紫外固化膠將石英毛細管兩端與漸變多模光纖的開口處密封；

S4將s2中處理好的微球結構或錐形結構的同軸雙波導光纖的左端固定在三維位移臺的右側夾具中，右端用光學膠固定于左石英V槽內，其中，圓弧端面露出V槽，將制作好的調制傳感漸變折射率多模光纖左端用光學膠固定于右石英V槽內，其左端面露出V槽，右端通過裸纖適配器連接至光譜儀；

S5使用時，將左、右石英V槽分別貼于待檢測的物體上，圓弧端面與漸變折射率多模光纖的左端面正對放置，同軸雙波導光纖中心軸與漸變折射率多模光纖的中心軸在同一直線上。