CN107515054A - 一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 - Google Patents
一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107515054A CN107515054A CN201710874234.2A CN201710874234A CN107515054A CN 107515054 A CN107515054 A CN 107515054A CN 201710874234 A CN201710874234 A CN 201710874234A CN 107515054 A CN107515054 A CN 107515054A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circulator
- michelson
- interferometer
- sensing head
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
- G01N2021/458—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods using interferential sensor, e.g. sensor fibre, possibly on optical waveguide
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置，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制作而成，其特征是：用飞秒激光在单模光纤内刻蚀，得到一个穿过纤芯的倾斜狭缝。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。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、体积小和机械强度高等特点，可应用于折射率和温度的测量。
Description
技术领域
本发明提供了一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的一项技术,是世界上的研究热点。光纤传感器由于其优越的性能而备受青睐,其具有以下优点:体积小、质量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度很高、测量带宽很宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点,可以构成传感网络。光纤干涉仪采用光干涉技术,其测量精度比普通光纤传感器的测量精度更高,其不仅可以代替传统的干涉仪功能,还可以测量压力、应力(应变)、磁场、折射率、微震动、微位移等,用途非常广泛。光纤干涉仪具有体积小、操作简单、应用灵活等特点。近年来,很多研究学者提出了多种类型的光纤传感器装置，例如Mach Zehnder干涉仪Fabry Perot干涉仪和迈克尔逊干涉仪。光纤迈克尔逊干涉仪结构非常紧凑，并且支持反射模式的操作，这使得我们可以方便进行很多传感参数的测量。光纤迈克尔逊干涉仪制作简单，制作成本低，从而受到广泛的欢迎。
在当今对光学日益深入的研究中，迈克尔逊干涉仪及其变体在对光线和各种材料的检测和开发起着不容忽视的作用。迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法实现干涉的精密光学仪器。自 1881 年问世以来，迈克尔逊曾用它完成了三个著名的实验：否定 “ 以太 ”的迈克尔逊 — 莫雷实验；光谱精细结构和利用光波波长标定长度单位．迈克尔逊干涉仪结构简单、光路直观、精度高，其调整和使用具有典型性．根据迈克尔逊干涉仪的基本原理发展的各种精密仪器已广泛应用于生产和科研领域。这一方面是由于它在物理学的发展中作出了重要贡献，因而闻名于世，另一方面则是它的应用广泛（在其基础上已发展出许多常用的干涉仪）。而对我们来说，我们需要使迈克尔逊干涉仪更进一步的应用到实际生活中，更广泛切实地服务于我们的生活。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置，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：提出一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置，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，是采用飞秒激光在单模光纤内刻蚀一个穿过纤芯的倾斜狭缝制作而成，狭缝与纤芯的夹角为45度。
所述单模光纤是由纤芯直径和光纤直径分别为8.1μm和125μm的单模光纤制作而成。
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制备，具有成本低、制备简单的优点。
2、传感装置具很高的折射率传感灵敏度,且无温度交叉灵敏度。
3、传感装置为一体式结构，尺寸微小。
4、传感装置为内置狭缝结构，故其机械性能牢固。
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.单模光纤，5a.单模光纤包层，5b.单模光纤纤芯， 6.倾斜狭缝。
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，由单模光纤5、倾斜狭缝6构成。单模光纤5包括单模光纤包层5a和单模光纤纤芯5b，经过飞秒激光刻蚀得到一条穿过单模光纤纤芯5b的倾斜狭缝6。单模光纤5的纤芯和光纤直径分别为8.5μm和125μm。
所述传感头的制作方法是：单模光纤端面经激光刻蚀后得到一个穿过纤芯的倾斜狭缝，该狭缝与纤芯夹角为45度，其中飞秒激光刻蚀的能量为10 μJ。
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，光束入射进45度倾角的狭缝时会被分为两个部分；一部分光被垂直反射到达光纤与空气的界面，再被其反射回纤芯；另一部分穿过狭缝，沿着光纤纤芯传播被光纤端面反射回来，这两部分光在狭缝的边缘处相遇重合形成一个迈克尔逊干涉仪。通过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 (2)
1.一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置，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：所述的传感头是采用飞秒激光在单模光纤内刻蚀一个穿过纤芯的倾斜狭缝制作而成，狭缝与纤芯的夹角为45度。
2.根据权利要求1所述一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置,其特征是：所述单模光纤是由纤芯直径和光纤直径分别为8.1μm和125μm的单模光纤制作而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710874234.2A CN107515054B (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710874234.2A CN107515054B (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107515054A true CN107515054A (zh) | 2017-12-26 |
| CN107515054B CN107515054B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=60726583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710874234.2A Active CN107515054B (zh) | 2017-09-25 | 2017-09-25 | 一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107515054B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107907238A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-04-13 | 天津大学 | 基于光纤末端倾角的大范围温度传感器及制作方法 |
| CN108051020A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-18 | 中国计量大学 | 基于一对短波导的光纤线内马赫—曾德干涉仪 |
| CN108362394A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-03 | 南开大学 | 基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统 |
| CN108731712A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-02 | 中国计量大学 | 一种基于飞秒激光刻写波导的光纤线上马赫-曾德干涉仪 |
| CN109807471A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-05-28 | 佛山科学技术学院 | 一种激光打标装置及方法 |
| CN109974759A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-05 | 中国计量大学 | 用飞秒激光诱导基于游标效应的光纤线内级联法布里-珀罗腔传感器 |
| CN111609874A (zh) * | 2019-02-22 | 2020-09-01 | 中国计量大学 | 一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪 |
| CN112731584A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-30 | 北京信息科技大学 | 一种基于飞秒激光加工的无芯光纤迈克尔逊结构及制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4575180A (en) * | 1983-08-15 | 1986-03-11 | Chang David B | Intrawaveguide fiber optic beamsplitter/coupler |
| JPH08278424A (ja) * | 1995-04-06 | 1996-10-22 | Fujikura Ltd | 光スプリッタ |
| US20040208458A1 (en) * | 2002-11-26 | 2004-10-21 | Hitoshi Uno | Bidirectional optical module, optical drop module, and optical transmission device |
| CN1729416A (zh) * | 2002-12-20 | 2006-02-01 | 日本碍子株式会社 | 光学器件 |
| CN103697920A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种光纤传感头和基于该传感头的测量液体折射率的光纤传感系统及方法 |
| CN104897302A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-09 | 中国计量学院 | 一种基于腐蚀处理的光子晶体光纤迈克尔逊干涉仪的温度传感器 |
| CN205426410U (zh) * | 2016-03-08 | 2016-08-03 | 中国计量学院 | 一种反射式fp腔光纤光栅气压温度传感器 |
| CN105841724A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-08-10 | 北京理工大学 | 一种对压强和温度同时测量的干涉式光纤传感器 |
-
2017
- 2017-09-25 CN CN201710874234.2A patent/CN107515054B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4575180A (en) * | 1983-08-15 | 1986-03-11 | Chang David B | Intrawaveguide fiber optic beamsplitter/coupler |
| JPH08278424A (ja) * | 1995-04-06 | 1996-10-22 | Fujikura Ltd | 光スプリッタ |
| US20040208458A1 (en) * | 2002-11-26 | 2004-10-21 | Hitoshi Uno | Bidirectional optical module, optical drop module, and optical transmission device |
| CN1729416A (zh) * | 2002-12-20 | 2006-02-01 | 日本碍子株式会社 | 光学器件 |
| CN103697920A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种光纤传感头和基于该传感头的测量液体折射率的光纤传感系统及方法 |
| CN104897302A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-09 | 中国计量学院 | 一种基于腐蚀处理的光子晶体光纤迈克尔逊干涉仪的温度传感器 |
| CN205426410U (zh) * | 2016-03-08 | 2016-08-03 | 中国计量学院 | 一种反射式fp腔光纤光栅气压温度传感器 |
| CN105841724A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-08-10 | 北京理工大学 | 一种对压强和温度同时测量的干涉式光纤传感器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YE LIU，D. N. WANG: "Fiber In-Line Michelson Interferometer Based on Inclined Narrow Slit Crossing the Fiber CoreFiber In-Line Michelson Interferometer Based on Inclined Narrow Slit Crossing the Fiber Core", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 30 * |
| 时菲菲，赵春柳，徐贲，王东宁: "基于光纤微腔的温度及折射率同时测量型传感器", vol. 45, no. 45 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107907238A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-04-13 | 天津大学 | 基于光纤末端倾角的大范围温度传感器及制作方法 |
| CN107907238B (zh) * | 2017-09-28 | 2020-01-17 | 天津大学 | 基于光纤末端倾角的大范围温度传感器及制作方法 |
| CN108051020A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-18 | 中国计量大学 | 基于一对短波导的光纤线内马赫—曾德干涉仪 |
| CN108362394A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-03 | 南开大学 | 基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统 |
| CN108362394B (zh) * | 2018-02-12 | 2019-08-23 | 南开大学 | 基于飞秒激光写入的晶体光波导散斑温度测量方法及系统 |
| CN108731712A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-11-02 | 中国计量大学 | 一种基于飞秒激光刻写波导的光纤线上马赫-曾德干涉仪 |
| CN108731712B (zh) * | 2018-05-25 | 2023-12-19 | 中国计量大学 | 一种基于飞秒激光刻写波导的光纤线上马赫-曾德干涉仪 |
| CN109807471A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-05-28 | 佛山科学技术学院 | 一种激光打标装置及方法 |
| CN109807471B (zh) * | 2019-02-01 | 2024-03-26 | 佛山科学技术学院 | 一种激光打标装置及方法 |
| CN111609874A (zh) * | 2019-02-22 | 2020-09-01 | 中国计量大学 | 一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪 |
| CN109974759A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-05 | 中国计量大学 | 用飞秒激光诱导基于游标效应的光纤线内级联法布里-珀罗腔传感器 |
| CN112731584A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-30 | 北京信息科技大学 | 一种基于飞秒激光加工的无芯光纤迈克尔逊结构及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107515054B (zh) | 2023-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107515054A (zh) | 一种基于迈克尔逊干涉仪的光纤温度和折射率测量传感装置 | |
| CN101929879B (zh) | 一种可同时测量温度和压力的光纤传感器 | |
| CN209147930U (zh) | 一种高分辨率单模多模单模微位移光纤传感器 | |
| CN205691170U (zh) | 一种气压和温度同时测量的光纤传感器 | |
| CN112945284B (zh) | 一种基于悬浮光纤错位熔接的高灵敏度高温传感器 | |
| CN103712575A (zh) | 光学的弯曲曲率测试方法及传感器 | |
| CN112924082B (zh) | 一种基于悬浮芯光纤和边孔光纤的高灵敏度气压传感器 | |
| CN106802190B (zh) | 一种高灵敏无温度交叉干扰的光纤扭转传感器 | |
| Xu et al. | A miniature fiber collimator for highly sensitive bend measurements | |
| CN111982000B (zh) | 一种基于Beta标架的光纤形状重构方法及装置 | |
| CN105758567A (zh) | 基于3乘3耦合器的光纤干涉型压力传感器 | |
| CN107860405A (zh) | 一种基于游标效应的光谱解调方法及其解调装置 | |
| CN105466349A (zh) | 一种光频域反射中用薄包层光纤提高应变测量灵敏度方法 | |
| US20040227952A1 (en) | Characterization of optical fiber using fourier domain optical coherence tomography | |
| CN204556023U (zh) | 基于保偏光纤的双参量光纤传感器 | |
| CN208847209U (zh) | 一种基于光纤内倾斜分束器的反射式马赫-曾德尔干涉仪 | |
| CN107782696A (zh) | 利用拉锥光纤测量分布式液体折射率的传感系统及方法 | |
| CN108918466A (zh) | 一种基于光纤线内分束器的多重迈克尔逊干涉仪 | |
| CN102494816B (zh) | 一种基于光子晶体光纤的压力传感方法及传感器 | |
| CN204555926U (zh) | 一种基于腔长可调f-p白光干涉解调装置的分布式光纤应变测量系统 | |
| Wojcik et al. | Prototype of the side-hole HB optical fiber | |
| CN206683813U (zh) | 基于细芯光纤的迈克尔逊光纤气压传感器 | |
| CN110118614A (zh) | 抗极端环境的蓝宝石光纤光栅传感器及其温度检测方法 | |
| CN110196070A (zh) | 一种新型微纳光纤布喇格光栅折射率传感器 | |
| CN214372917U (zh) | 一种传感光纤、传感组件及基于传感光纤的传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |