CN106052912B - 一种基于法布里-珀罗微腔结构的光纤应力传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于法布里‑珀罗微腔结构的光纤应力传感器装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪。其中传感头由单模光纤以及腐蚀多模光纤构成，其特征是：多模光纤端面经腐蚀后得到锥形腔，与弧形端面单模光纤进行熔接在光纤内形成月牙型微槽，从而构成法布里‑珀罗腔，所述弧形端面单模光纤为端面光滑的单模光纤置于熔接机中放电形成。由环形器接收来自宽带光源的光并传输至传感头，传感头再将光反射回环形器，再经由环形器传输至光谱分析仪，形成类似法布里‑珀罗干涉仪，测量反射光谱特征峰的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。本发明具有制备简单、成本低、体积小和灵敏度高的特点，可应用于应变的测量。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于法布里-珀罗微腔结构的光纤应力传感装置，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤应力传感器是世界上应用广泛的传感器类型，具有许多电传感器不可比拟的优点，如不受电磁场以及外界环境变化的影响、灵敏度高、体积小、绝缘性好、可实现分布测量等，已广泛应用于石油、化工、交通、能源、冶金、医药、军工、食品、核工业等领域。光纤应力传感器是实现长期及实时在线结构健康监测的关键器件，对于保障大型设施的安全、防治恶性以及灾难性事故的发生具有极其重要的意义。光纤传感器相对于传统传感器来说具有极高的灵敏度和分辨率，频带范围很宽，动态范围很大，不受电磁场干扰等优点，近年来在国防军事部、科研部门以及制造工业、能源工业、医疗等科学研究领域中都得到实际应用。传感器的发展趋势是灵敏、精确、适用性强、小巧和智能化。与传统的应力传感器相比，光纤应力传感器具有体积小、重量轻、响应速度快、成本低等特点，可用于各种特殊环境参数检测，而且光纤的不受电磁干扰，灵敏度高，可靠性高，耐腐蚀，体积小等诸多优点，因此成为目前国内外研究的热点。
光纤应力传感器具有一系列突出的优点，是光纤传感器中最具潜力的发展方向之一。当然，目前仍存在很多问题需要解决，例如提高空间分辨率、改善探测灵敏度、扩大测量范围、缩短响应时间等。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种基于法布里-珀罗微腔结构的光纤应力传感装置，它具有制备简单、灵敏度高、机械性能坚固和温度交叉灵敏度低等优点。
1.本发明解决技术问题所采取的技术方案为：基于法布里-珀罗微腔结构的光纤应力传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光谱分析仪，其连接方式为：环形器进口端与宽带光源连接，环形器出口端与传感头连接，环形器反馈端和光谱分析仪相连接；其特征在于：所述的传感头，由腐蚀多模光纤、弧形端面单模光纤熔接，形成月牙形法布里-珀罗微腔。
所述的腐蚀多模光纤是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤制作而成。
所述弧形端面单模光纤为端面光滑的单模光纤置于熔接机中放电形成。
所述传感头的制作方法是：将多模光纤处于40％的HF溶液中腐蚀10分钟，其端面形成锥形腔，将腐蚀多模光纤锥形腔部分置于熔接机一端，弧形端面单模光纤的弧形端面部分置于熔接机的另一端进行熔接。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、传感装置采用单模光纤和多模光纤制备，具有成本低、制备简单的优点。
2、传感装置具很高的应力传感灵敏度。
3、传感装置为一体式结构，尺寸微小，结构坚固，应力测量范围大。
4、由于传感装置的应力灵敏度高，温度灵敏度低，故其温度交叉灵敏度低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的实施应用系统示意图。
图2为本发明的光纤传感头结构示意图。
图中，1.宽带光源，2.环形器，3.传感头，4.光谱分析仪，5.腐蚀多模光纤，5a.多模光纤包层，5b.多模光纤纤芯，5c.锥形腔，6.月牙型微腔，6a.月牙型微腔前壁，6b月牙型微腔后壁，7.单模光纤，7a.单模光纤包层，7b.单模光纤纤芯，7c.弧形端面单模光纤。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述：
图1所示为本发明的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、环形器2、传感头3、光谱分析仪4。其连接方式为：环形器2有三个接口端，分别为：光源进口端，光源出口端，反馈端。进口端与宽带光源1连接，出口端与连接传感头3连接，反馈端和光谱分析仪4相连接。
图2所示为本发明的传感头3的结构示意图，所述的传感头3，由腐蚀多模光纤5、单模光纤7，月牙型微腔6构成。腐蚀多模光纤5包括多模光纤包层5a和多模光纤纤芯5b，腐蚀多模光纤5端面的锥形腔为5c，将腐蚀多模光纤5与弧形端面单模光纤7熔接，形成月牙形微腔6。腐蚀多模光纤5是由纤芯和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤制成；传感头3中的单模光纤7包括单模光纤包层7a和单模光纤纤芯7b，弧形端面单模光纤7c为端面光滑的单模光纤置于熔接机中放电形成。
所述传感头的制作方法是：将多模光纤处于40％的HF溶液中腐蚀10分钟，其端面形成锥形腔，将腐蚀多模光纤的锥形腔部分置于熔接机一端，弧形端面单模光纤的弧形端面部分置于熔接机的另一端来进行熔接。
结合图1，2，介绍具体的工作原理：当宽带光源发出的光进入传感头3时，一部分光会在月牙形微腔前壁6a面发生第一次反射，另一部分光会继续传播并在月牙形微腔后壁6b面发生第二次反射，两束反射光相遇并产生干涉，干涉光束将经由环形器2被传输到光谱分析仪4中，形成类似法布里-珀罗干涉仪，测量反射光谱特征峰的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，应被理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于法布里-珀罗微腔结构的光纤应力传感装置，包括宽带光源，环形器，传感头，光纤光谱分析仪，其连接方式为：环形器进口端与宽带光源连接，环形器出口端与光纤传感头连接，环形器反馈端和光纤光谱仪相连接；其特征在于：所述的传感头，由腐蚀多模光纤、弧形端面单模光纤熔接，形成月牙形微腔；所述腐蚀多模光纤是由纤芯直径和光纤直径分别为62.5μm和125μm的多模光纤制作而成；所述弧形端面单模光纤为端面光滑的单模光纤置于熔接机中放电形成。
2.根据权利要求1所述一种基于光纤法布里-珀罗微腔结构的应力传感装置，所述传感头的制作方法是：将多模光纤处于40％的HF溶液中腐蚀10分钟，其端面形成锥形腔，将腐蚀多模光纤的锥形腔部分置于熔接机一端，弧形端面单模光纤的弧形端面部分置于熔接机的另一端来进行熔接。
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