CN102680134A - 一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器 - Google Patents

Abstract

一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，适用于光纤传感。其特征在于：该传感器是由相位掩膜法制成的光纤布拉格光栅，它被均匀分成两部分，光纤布拉格光栅的左半部分（1）被氢氟酸溶液腐蚀直径变细，并在左半部分上镀上一层金属（2），光纤布拉格光栅的右半部分（3）保持不变。该传感器的制作步骤为：采用相位掩模板法制作光纤布拉格光栅；将布拉格光栅左半部分放入氢氟酸溶液中腐蚀；在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面吸附一层易氧化物质；在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面生成一层薄金属层；对腐蚀后的光纤布拉格光栅进行化学镀金属。该传感器结构简单，容易制作；温度和应力传感灵敏度得到了提升；可以实现双参数的同时测量。

Description

一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器

技术领域

本发明涉及一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，适用于光纤通信、光纤传感等领域。

背景技术

光纤布拉格光栅传感器作为波长编码型光纤传感器，它与普通光纤传感器相比，具有以下优点：不受光源强度起伏、 连接损耗和光纤弯曲损耗等环境因素影响；易于采用现有光纤通信中较成熟的波分复用、时分复用和空分复用技术组成庞大的分布式传感网络，对多个传感点的各种物理量进行实时的监测。自光纤光栅用于传感以来光纤光栅传感技术得到了飞速的发展。在实际温度和应力传感应用中，由于布拉格光栅传感器存在着温度和应力的交叉敏感问题，即待测对象温度和应力的变化均能引起布拉格光栅反射波长的位移，在检测端却无法对这两种原因引起的反射波长的位移进行分辨，故大大限制了布拉格光栅传感器的应用。为此，人们提出了许多设计方案，如双波长叠加光栅法、混合光纤光栅／长周期光栅、双直径光栅、光栅偏振摇摆滤波器法、布拉格光栅与EDFA组合法、超结构光栅法、法布里一珀罗腔方法及双光方法等等。这些方法可以解决温度和压力交叉敏感的问题，但是大多的方案需要两个光栅，或需要特殊结构的光栅或需要特殊的复杂工艺。因此，为了有效的利用光纤布拉格光栅传感器进行物理量的传感测量，采用单个布拉格光栅传感实现温度和压力的分离传感显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器

本发明的技术方案：

一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，该光纤光栅传感器是由相位掩膜法制成的光纤布拉格光栅，它被均匀分成两部分，光纤布拉格光栅的左半部分被氢氟酸溶液腐蚀直径变细，并在左半部分上镀上一层金属保护膜，光纤布拉格光栅的右半部分保持不变，作为参考光纤光栅。该传感器的制作步骤如下：

步骤一 采用相位掩模板法制作出光纤布拉格光栅；

步骤二 将布拉格光栅的对应的左半部分放入氢氟酸溶液中进行化学腐蚀；

步骤三 在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面吸附一层易氧化物质；

步骤四 在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面生成一层薄金属层；

步骤五 对腐蚀后的光纤布拉格光栅进行化学镀金属。

本发明的有益效果：

本发明提出一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，结构简单，制作容易；利用腐蚀光纤光栅直径变细的方法提高了传感器的应力传感灵敏度；在腐蚀后的光纤布拉格光栅上镀一层金属保护膜提高了传感器的温度灵敏度；仅需要单个光纤光栅就能够实现温度、应力双参数的同时测量。

附图说明

图1一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，见图1，该光纤光栅传感器是由相位掩膜法制成的光纤布拉格光栅，它被均匀分成两部分，光纤布拉格光栅的左半部分1被氢氟酸溶液腐蚀直径变细，并在左半部分1上镀上一层金属保护膜2，光纤布拉格光栅的右半部分3保持不变作为参考光纤光栅。制作该传感器的步骤如下：

步骤一 采用相位掩模板法制作出光纤布拉格光栅；

步骤二 将布拉格光栅对应的左半部分放入浓度为40% 的氢氟酸溶液中进行化学腐蚀；

步骤三 在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面吸附一层易氧化物质；

步骤四 在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面生成一层薄金属层；

步骤五 对腐蚀后的光纤布拉格光栅进行化学镀金属。

光纤布拉格光栅的左半部分1被腐蚀后，直径变细，横截面积变小，对应力的敏感程度大大增加。腐蚀后对光纤布拉格光栅进行化学镀金属保护膜，当温度变化时，金属的热膨胀系数大于光纤的热膨胀系数，致使这部分光纤布拉格光栅的温度灵敏度得到很大的提高。

光纤布拉格光栅的右半部分不进行任何处理作为参考光栅，由于左半部分进行处理后具有了更高的温度和应力灵敏度，当温度和压力同时变化时，最初单个光纤布拉格光栅的布拉格波长会分开变成两个波长反射峰，测量这两个波长反射峰的漂移，根据下面公式可以计算出温度和压力的变化。

$\left[\begin{array}{c}F\\ \mathrm{\ΔT}\end{array}\right]=\frac{1}{K_{\mathrm{\ϵ}1}{K}_{T2}-K_{\mathrm{\ϵ}2}{K}_{T1}}\left[\begin{array}{cc}{K}_{T2}& -K_{T1}\\ -K_{\mathrm{\ϵ}2}& K_{\mathrm{\ϵ}1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_{B1}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_{B2}\end{array}\right]$

其中K_ε1和K_T1为光纤布拉格光栅的左半部分1的应力和温度灵敏度，K_ε2和K_T2为光纤布拉格光栅的右半部分3的应力和温度灵敏度，F为施加的应力，ΔT为温度的变化，Δλ_B1为光纤布拉格光栅的左半部分1的波长反射峰的变化，Δλ_B2为光纤布拉格光栅的右半部分3的波长反射峰的变化。

本实施例所述的腐蚀时间为30分钟，光纤布拉格光栅的直径从125um变成70um，化学镀的金属为铜。

本发明所使用的器件均为市售器件。

Claims (2)

1.一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，其特征在于：

该光纤光栅传感器是由相位掩膜法制成的光纤布拉格光栅，它被均匀分成两部分，光纤布拉格光栅的左半部分（1）被氢氟酸溶液腐蚀直径变细，并在左半部分（1）上镀上一层金属保护膜（2），光纤布拉格光栅的右半部分（3）保持不变作为参考光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的一种利用化学腐蚀和化学镀的双参数测量光纤光栅传感器，其特征在于：

该传感器的制作步骤如下：

步骤一 采用相位掩模板法制作出光纤布拉格光栅；

步骤二 将布拉格光栅的对应的左半部分放入氢氟酸溶液中进行化学腐蚀；

步骤三 在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面吸附一层易氧化物质；

步骤四 在腐蚀后的光纤布拉格光栅表面生成一层薄金属层；

步骤五 对腐蚀后的光纤布拉格光栅进行化学镀金属。

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