一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器的制造方法
【專利摘要】一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器，由入射端單模光纖、錐形結(jié)構(gòu)、中間段單模光纖、多模光纖和出射端單模光纖串聯(lián)組成，其中入射端單模光纖、中間段單模光纖和輸出端單模光纖均為標準單模光纖；錐形結(jié)構(gòu)是標準單模光纖利用光纖熔接機放電拉伸制作而成。本發(fā)明的優(yōu)點是：該光纖傳感器制作工藝簡單、易于實施；錐形結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)緊湊，可代替昂貴復雜的光學器件，具有傳感結(jié)構(gòu)的小型化、一體化，成本低的特點。本發(fā)明的光纖傳感器輸出信號包含不同模式間干涉形成的干涉峰，利用兩種干涉峰對溫度和曲率的不同敏感特性，結(jié)合雙波長矩陣即可實現(xiàn)溫度和曲率的雙參量同時測量，有廣闊的應(yīng)用空間。
【專利說明】 一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)，特別是一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器根據(jù)被測物理量對光調(diào)制方法的不同，可以分為強度型傳感器、波長型傳感器、相位型傳感器和光纖偏振型傳感器四大類。干涉型光纖傳感器通過檢測由調(diào)制光信號的相位變化引起的輸出效果的變化而獲得外界信息的改變量，從而實現(xiàn)傳感的目的。干涉型光纖傳感器以其很高的分辨率和檢測靈敏度，自被提出就受到了研究人員的密切關(guān)注。
[0003]曲率是光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】中重要的物理量，在很多工業(yè)生產(chǎn)及民用領(lǐng)域常常需要對曲率進行探測。在實際傳感探測應(yīng)用中，不可避免的存在溫度和曲率的交叉敏感。在目前已報道的曲率傳感器中，大多無法對溫度和曲率對傳感信號的具體影響加以區(qū)分，而可以實現(xiàn)溫度和曲率雙參量同時測量的光纖傳感結(jié)構(gòu)中，常用到化學腐蝕、刻寫并級聯(lián)光纖光柵、應(yīng)用保偏光纖或光子晶體光纖等方法，這些方案不僅操作復雜，且成本較高。以上問題均限制了光纖曲率傳感器在實際生產(chǎn)中的大規(guī)模使用。
[0004]因此，需要提出一種傳感結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝簡便，且成本低廉的方案解決溫度和曲率交叉敏感的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明是針對上述存在問題，提供一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器，該光纖傳感器基于拉錐單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，用不同模式間干涉形成干涉峰的靈敏性差異，實現(xiàn)溫度和曲率的雙參量測量，該光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡單、工藝簡便、成本低廉，可操作性強。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器，所述光纖傳感器基于拉錐單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，由入射端單模光纖、錐形結(jié)構(gòu)、中間段單模光纖、多模光纖和出射端單模光纖串聯(lián)組成，其中入射端單模光纖、中間段單模光纖和輸出端單模光纖均為標準單模光纖；錐形結(jié)構(gòu)包括兩個過渡區(qū)即漸縮區(qū)和漸擴區(qū)和一個錐腰部分，在過渡區(qū)光纖直徑沿徑向逐漸減小或逐漸增大，在錐腰部分光纖直徑最小且保持不變，錐形結(jié)構(gòu)是標準單模光纖利用光纖熔接機放電拉伸制作而成，放電量大小范圍為165-185bit,放電時間為1150-1350ms ;中間段單模光纖的長度為20_40mm ;多模光纖為階躍型多模光纖，長度為10-20mm,芯徑為 60-105 μ m。
[0007]本發(fā)明的工作原理:
本發(fā)明的光纖傳感器工作原理為入射光在錐形結(jié)構(gòu)2的分光作用下，由輸入端單模光纖I進入中間段單模光纖3，激勵起中間段單模光纖3的纖芯模和各階包層模，傳輸至中間段單模光纖3和多模光纖4的熔接點時，滿足相位匹配條件的模式之間產(chǎn)生干涉，干涉光經(jīng)多模光纖4的耦合作用進入多模光纖4傳輸，并激勵起多模光纖4的各階纖芯模，在多模光纖4和輸出端單模光纖5的熔接點處，滿足相位匹配條件的模式之間產(chǎn)生干涉，后經(jīng)輸出端單模光纖5輸出。經(jīng)輸出端單模光纖5輸出的信號中包含不同模式間干涉形成的干涉峰，隨著外界溫度及曲率的變化，不同干涉峰特征波長有著不同的漂移量，結(jié)合雙波長矩陣方程，即可同時得到外界溫度及曲率的變化量。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:
該光纖傳感器，可以看作是在傳統(tǒng)SMS光纖傳感器的基礎(chǔ)上對輸入端單模光纖進行拉錐處理而成，制作工藝簡單，只需使用光纖熔接機對標準單模光纖進行放電拉錐及普通光纖間的熔接；錐形結(jié)構(gòu)作為一種新穎的光學器件，結(jié)構(gòu)緊湊，制作簡單，可代替昂貴復雜的光學器件，并實現(xiàn)好的效果，具有傳感結(jié)構(gòu)的小型化、一體化，成本低的特點。本發(fā)明的光纖傳感器輸出信號包含不同模式間干涉形成的干涉峰，利用兩種干涉峰對溫度和曲率的不同敏感特性，結(jié)合雙波長矩陣即可實現(xiàn)溫度和曲率的雙參量同時測量，解決傳統(tǒng)干涉型光纖傳感器交叉敏感，測量參量單一的問題，在實際的工業(yè)生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是標準單模光纖在熔接機上放電拉伸形成的錐形結(jié)構(gòu)照片。
[0011]圖3是本光纖傳感器的輸出透射譜。
[0012]圖中:1.入射端單模光纖、2.錐形結(jié)構(gòu)、3.中間段單模光纖、4.多模光纖、5.出射端單模光纖、6.寬帶光源、7.光譜分析儀。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
實施例
[0014]一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器，所述光纖傳感器基于拉錐單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，如圖1所示，由入射端單模光纖1、錐形結(jié)構(gòu)2、中間段單模光纖3、多模光纖4和出射端單模光纖5串聯(lián)組成，其中入射端單模光纖1、中間段單模光纖3和輸出端單模光纖5均為標準單模光纖；錐形結(jié)構(gòu)包括兩個過渡區(qū)即漸縮區(qū)和漸擴區(qū)和一個錐腰部分，在過渡區(qū)光纖直徑沿徑向逐漸減小或逐漸增大，在錐腰部分光纖直徑最小且保持不變，錐形結(jié)構(gòu)光纖是標準單模光纖利用光纖熔接機放電拉伸制作而成，圖2是標準單模光纖在熔接機上放電拉伸形成的錐形結(jié)構(gòu)照片，放電量大小為175bit，放電時間為1350ms,錐形結(jié)構(gòu)的錐區(qū)長度為634 μ m，錐腰直徑為61 μ m ;中間段單模光纖3的長度為20mm ;多模光纖4為階躍型多模光纖,長度為1mm,芯徑為105 μ m ；入射端單模光纖I外接寬帶光源6，出射端單模光纖5外接光譜分析儀7。
[0015]該光纖傳感器的光路傳輸順序為:寬帶光源6輸出的寬帶光信號由輸入端單模光纖I輸入，經(jīng)錐形結(jié)構(gòu)2分光進入中間段單模光纖3，激勵起其纖芯模和包層的各階模式，在中間段單模光纖3和多模光纖4的熔接點處，滿足相位匹配條件的模式間發(fā)生干涉，后經(jīng)多模光纖4耦合并傳輸，激勵起纖芯基模及其各高階模式，在多模光纖4和輸出端單模光纖5的熔接點處，滿足相位匹配條件的模式間發(fā)生干涉，最后經(jīng)輸出端單模光纖5輸出，由光譜分析儀7觀測透射光譜隨外界溫度和曲率的變化。
[0016]圖3為該光纖傳感器的輸出信號譜。在觀測范圍內(nèi)由不同模式間干涉形成兩個干涉谷，即dipl和dip2，根據(jù)不同干涉谷對外界溫度和曲率的靈敏度差異，實現(xiàn)雙參量的測量。
[0017]該光纖傳感器利用不同模式間干涉形成的干涉峰，解決了溫度和曲率的交叉敏感問題，且具有體積小，容易制作，成本低廉等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用空間。
【權(quán)利要求】
1.一種用于溫度和曲率雙參量測量的光纖傳感器，其特征在于:所述光纖傳感器基于拉錐單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)，由入射端單模光纖、錐形結(jié)構(gòu)、中間段單模光纖、多模光纖和出射端單模光纖串聯(lián)組成，其中入射端單模光纖、中間段單模光纖和輸出端單模光纖均為標準單模光纖；錐形結(jié)構(gòu)包括兩個過渡區(qū)即漸縮區(qū)和漸擴區(qū)和一個錐腰部分，在過渡區(qū)光纖直徑沿徑向逐漸減小或逐漸增大，在錐腰部分光纖直徑最小且保持不變，錐形結(jié)構(gòu)是標準單模光纖利用光纖熔接機放電拉伸制作而成,放電量大小范圍為165-185bit,放電時間為1150-1350ms ;中間段單模光纖的長度為20_40mm ;多模光纖為階躍型多模光纖,長度為 10-20mm，芯徑為 60-105 μ m。
【文檔編號】G01K11/32GK104266668SQ201410555938
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】童崢嶸, 欒盼盼, 曹曄 申請人:天津理工大學
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