CN103884364A - 一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器 - Google Patents

Abstract

一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器，由入射端单模光纤、拉锥光纤、中间段单模光纤、球状光纤和出射端单模光纤级联组成，光从入射端单模光纤进入拉锥结构，激发出包层模式的光和纤芯模式的光，该两种模式的光到达球状光纤后会发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在中间段单模光纤传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而使波形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。本发明的优点是：该光纤传感器结构简单、成本低廉，输出信号的自由光谱范围一致，消光比相同，测量范围大，在国防、工业生产以及民用领域具有很好的应用前景。

Description

一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器

技术领域

本发明属于光纤传感领域，特别是一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器及其制作方法。

背景技术

21世纪是信息高速发展的时代，在这个信息量呈爆炸式增长的时代，传感技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大支柱。与其他类型的传感器相比，光纤传感器具有体积小、重量轻、传输损耗小、传输容量大、测量范围广、抗电磁干扰、耐腐蚀、化学稳定性好、电绝缘性能好、使用寿命长等诸多卓越的性能，在某些特殊领域及恶劣环境中，光纤传感器更具有着不可替代性。目前已广泛的应用于温度、压力、应变、折射率、浓度、振动、湿度和加速度的传感中。

干涉型光纤传感器属于相位调制型光纤传感器,不但具有光纤传感器的优点,还具有灵敏度高、动态响应范围大等优势。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供了一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器，该光纤传感器结构简单且容易制作，该光纤传感器基于级联的拉锥结构与球状结构，光在经过传感区域时存在纤芯模与包层模的干涉，根据干涉谷对外界温度、曲率等物理量的敏感性，即可实现对外界物理量的测量。

本发明的技术方案：

一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器，由入射端单模光纤、拉锥光纤、中间段单模光纤、球状光纤和出射端单模光纤级联组成，光从入射端单模光纤进入拉锥结构，激发出包层模式的光和纤芯模式的光，该两种模式的光到达球状光纤后会发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在中间段单模光纤传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而使波形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。

所述拉锥光纤的锥区直径为60μm，中间段单模光纤长度为4cm，球状光纤的直径为180μm。

一种所述基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器的制备方法，步骤如下：

1）制作拉锥结构

将单模光纤去掉涂覆层5cm，用酒精擦拭清洁，放置于光纤熔接机内拉锥，光纤端面越过熔接机电极棒4cm，放电量为170bit，放电时间为1350ms，放电后距光纤端面4cm处制得直径为60μm的拉锥结构；

2）制作球状端面

将步骤1）制得的拉锥光纤放置于熔接机内，使用步进电机控制光纤端面超过电极棒200μm，放电量为200bit，放电时间为700ms，放电后光纤端面制得直径为180μm的球状端面；

3）连接球状端面

将步骤2）制得的球状端面和另一根单模光纤放置于熔接机内，球状端面与单模光纤距离为15μm，放电量为85bit，放电时间为1350ms，放电后球状端面与单模光纤熔接并形成球形光纤，即可制得基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器。

本发明的优点和有益效果是：

该光纤传感器结构简单、成本低廉，输出信号的自由光谱范围一致，消光比相同，测量范围大，在国防、工业生产以及民用领域具有很好的应用前景。

附图说明

附图为该光纤传感器结构示意图。

图中：1.入射端单模光纤  2.拉锥光纤  3.中间段单模光纤  4.球状光纤   5.出射端单模光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器，如附图所示，由入射端单模光纤1、拉锥光纤2、中间段单模光纤3、球状光纤4和出射端单模光纤5级联组成，其中拉锥光纤的锥区直径为60μm，中间段单模光纤长度为4cm，球状光纤的直径为180μm；光从入射端单模光纤1进入拉锥结构2，激发出包层模式的光和纤芯模式的光，该两种模式的光到达球状光纤4后会发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在中间段单模光纤3传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而使波形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。

该基于拉锥结构与球状结构的光纤干涉传感器的制备方法，步骤如下：

1）制作拉锥结构

将单模光纤去掉涂覆层5cm，用酒精擦拭清洁，放置于光纤熔接机内拉锥，光纤端面越过熔接机电极棒4cm，放电量为170bit，放电时间为1350ms，放电后距光纤端面4cm处制得直径为60μm的拉锥结构；

2）制作球状端面

将步骤1）制得的拉锥光纤放置于熔接机内，使用步进电机控制光纤端面超过电极棒200μm，放电量为200bit，放电时间为700ms，放电后光纤端面制得直径为180μm的球状端面；

3）连接球状端面

将步骤2）制得的球状端面和另一根单模光纤放置于熔接机内，球状端面与单模光纤距离为15μm，放电量为85bit，放电时间为1350ms，放电后球状端面与单模光纤熔接并形成球形光纤，即可制得基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器。

该光纤干涉传感器用于检测温度变化：

在20-600℃范围内，温度升高时，波谷和阻带带宽不变，位置向长波方向平移，测量出这个漂移量，即可计算出温度变化。

Claims (3)

1.一种基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器，其特征在于：由入射端单模光纤、拉锥光纤、中间段单模光纤、球状光纤和出射端单模光纤级联组成，光从入射端单模光纤进入拉锥结构，激发出包层模式的光和纤芯模式的光，该两种模式的光到达球状光纤后会发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在中间段单模光纤传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而使波形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。

2.根据权利要求1所述基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器，其特征在于：所述拉锥光纤的锥区直径为60μm，中间段单模光纤长度为4cm，球状光纤的直径为180μm。

3.一种如权利要求1所述基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器的制备方法，其特征在于步骤如下：

1）制作拉锥结构

将单模光纤去掉涂覆层5cm，用酒精擦拭清洁，放置于光纤熔接机内拉锥，光纤端面越过熔接机电极棒4cm，放电量为170bit，放电时间为1350ms，放电后距光纤端面4cm处制得直径为60μm的拉锥结构；

2）制作球状端面

将步骤1）制得的拉锥光纤放置于熔接机内，使用步进电机控制光纤端面超过电极棒200μm，放电量为200bit，放电时间为700ms，放电后光纤端面制得直径为180μm的球状端面；

3）连接球状端面

将步骤2）制得的球状端面和另一根单模光纤放置于熔接机内，球状端面与单模光纤距离为15μm，放电量为85bit，放电时间为1350ms，放电后球状端面与单模光纤熔接并形成球形光纤，即可制得基于拉锥结构与球状结构级联的光纤干涉传感器。

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