CN106802201A - 一种基于法布里‑珀罗微腔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。其中传感头由腐蚀多模光纤构成，其特征是：多模光纤端面经腐蚀后得到具有锥形腔的腐蚀多模光纤，再将两段腐蚀多模光纤进行错位熔接，在光纤内形成不规则形状气泡，从而构成法布里‑珀罗腔。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-珀罗微腔的光纤应力传感装置，它具有制备简单、灵敏度高、体积小、结构紧凑等优点。
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，由两段腐蚀多模光纤进行错位熔接，形成不规则形状气泡。
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。
所述传感头的制作方法是：将多模光纤处于40％的HF溶液中腐蚀4.5分钟，其端面形成锥形腔，再将两段腐蚀多模光纤的锥形腔部分分别置于熔接机两端进行熔接。
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，应力测量范围大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施实例或技术方案，下面结合附图和实施实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.不规则形状气泡。
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、不规则气泡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，将两段腐蚀多模光纤5进行熔接，形成不规则形状气泡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；
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4.5分钟，其端面形成锥形腔，将两段腐蚀多模光纤的锥形腔部分分别置于熔接机两端进行熔接，放电功率与放电时间为-45bit和300ms。
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，一部分光会在不规则气泡前壁6a面发生第一次反射，另一部分光会继续传播并在不规则气泡后壁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实例，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实例而已，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 (3)
1.一种基于法布里-珀罗微腔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，由两段腐蚀多模光纤进行错位熔接，形成不规则形状气泡。
2.根据权利要求1所述的一种基于法布里-珀罗微腔的光纤应力传感装置，其特征是：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。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤法布里-珀罗微腔的应力传感装置，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4.5分钟，其端面形成锥形腔，再将两段腐蚀多模光纤的锥形腔部分分别置于熔接机两端进行熔接。
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