CN109631788A - 基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器 - Google Patents

基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN109631788A
CN109631788A CN201811615894.XA CN201811615894A CN109631788A CN 109631788 A CN109631788 A CN 109631788A CN 201811615894 A CN201811615894 A CN 201811615894A CN 109631788 A CN109631788 A CN 109631788A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
fibre
single mode
mode optical
multimode fibre
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.)
Pending
Application number
CN201811615894.XA
Other languages
English (en)
Inventor
祝连庆
房焘
房一焘
何巍
张雯
于明鑫
姚齐峰
董明利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Information Science and Technology University
Original Assignee
Beijing Information Science and Technology University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Information Science and Technology University filed Critical Beijing Information Science and Technology University
Priority to CN201811615894.XA priority Critical patent/CN109631788A/zh
Publication of CN109631788A publication Critical patent/CN109631788A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔光纤传感结构，所述单模光纤上刻写有布拉格光栅，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。本发明提供一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，可用于形变和温度检测，通过观察布拉格光栅的透射谱波谷以及干涉谱的某一特征波谷的漂移，可以同时测量温度和位移。

Description

基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器
技术领域
本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于马赫曾德尔光纤传感结构的位移温度双参数检测光纤传感器。
背景技术
光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。而纯石英光纤制备的光纤传感器由于其材料的特殊性，对辐照的抗性相较其他材料的光纤传感器有了非常大的提升。因此，申请人提供一种基于多模-单模-多模熔接的位移温度双参数检测的光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，有非常好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，有非常好的应用前景。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔结构，马赫曾德尔光纤传感结构通过纤芯的不完全匹配，使输入端多模光纤纤芯的一部分光进入到单模光纤的包层中，成为包层模，之后又通过单模光纤进入到输出端多模光纤时发生模间干涉从而形成干涉条纹对物理量进行测量；所述单模光纤上刻写有布拉格光栅；所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。
作为本方案的一种优选，所述马赫曾德尔光纤传感结构的制作方法包括：
步骤1）选择纤芯为纯石英纤芯的单模光纤，对单模光纤进行开窗，通过激光刻写工艺在单模光纤上刻写布拉格光栅；
步骤2）选择纤芯为纯石英纤芯的输入端多模光纤、输出端多模光纤，将输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次进行熔接，得到马赫曾德尔光纤传感结构。
作为本方案的一种优选，所述步骤1）中激光刻写工艺采用飞秒激光器，飞秒激光器发出超窄脉宽飞秒激光，经聚焦物镜聚焦至已开窗的单模光纤的纤芯上，刻写布拉格光栅。
本发明的有益效果是：本发明提供一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，可用于形变和温度检测，通过观察布拉格光栅的透射谱波谷以及干涉谱的某一特征波谷的漂移，可以同时测量温度和位移。
附图说明
图1为实施例2制作的马赫曾德尔结构的结构示意图；
图2为实施例3所述测试系统的结构示意图；
图3为根据位移对传感器的透射谱光谱影响绘制的传感器的透射谱光谱图；
图4为根据位移对传感器的透射谱光谱影响绘制的传感器的透射谱光谱图；
图5为根据位移、温度对传感器的透射谱光谱同时影响绘制的传感器的透射谱光谱图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔光纤传感结构，马赫曾德尔光纤传感结构通过纤芯的不完全匹配，使输入端多模光纤纤芯的一部分光进入到单模光纤的包层中，成为包层模，之后又通过单模光纤进入到输出端多模光纤时发生模间干涉从而形成干涉条纹对物理量进行测量；所述单模光纤上刻写有布拉格光栅；所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。
实施例2
所述马赫曾德尔光纤传感结构的制作方法包括：
步骤1）选择纤芯为纯石英纤芯的单模光纤1，对单模光纤1进行开窗，通过激光刻写工艺在单模光纤1上刻写布拉格光栅；激光刻写工艺采用飞秒激光器，飞秒激光器发出超窄脉宽飞秒激光，经聚焦物镜聚焦至已开窗的单模光纤1的纤芯上，刻写布拉格光栅；
步骤2）选择纤芯为纯石英纤芯的输入端多模光纤2、输出端多模光纤3，将输入端多模光纤2、单模光纤1、输出端多模光纤3依次进行熔接，得到马赫曾德尔光纤传感结构，如图1所示。
实施例3
通过以下试验对实施例1所述基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器进行测试。
测试系统安装：如图2所示，将所述基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器两端分别固定于位移平台，且其输出端与光谱仪连接，输入端与宽带光源连接，在该基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器的光纤传感结构位置设置加热平台。
宽带光源发出的光通过传感光纤导入基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，经其光纤传感结构干涉后发送到光谱仪，通过观察布拉格光栅的透射谱波谷以及干涉谱的某一特征波谷的漂移，可以同时测量温度和位移。具体测试方法为：
1、通过位移平台动作光纤传感结构使其产生形变，位移从0mm逐渐加到30mm，间隔为2mm，记录位移对传感器的透射谱光谱影响，绘制传感器的透射谱光谱图，如图3所示。
2、通过加热平台使光纤传感结构附近温度改变，温度从20℃开始逐渐升至300℃，间隔为20℃，记录温度对传感器的透射谱光谱影响，绘制传感器的透射谱光谱图，如图4所示。
3、待加热平台冷却，光纤传感器还原至原始尺寸，同时启动位移平台和加热平台，位移和温度变化参数同步骤1-2，记录温度、位移同时对传感器的透射谱光谱影响，绘制透射谱光谱图，如图5所示。
根据上述测试过程可知，只有位移变化时，所述马赫曾德尔结构的栅距变化，引起布拉格光栅的透射谱波谷位置漂移；只有温度变化时，所述马赫曾德尔结构产生的干涉谱和布拉格光栅产生的透射谱都会因为温度升高产生红移，温度降低产生蓝移。因此，根据这两个性质可以在温度与位移同时变化的光谱中分析出位移与温度的分别变化。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

Claims (3)

1.一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，其特征在于，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔光纤传感结构，马赫曾德尔光纤传感结构通过纤芯的不完全匹配，使输入端多模光纤纤芯的一部分光进入到单模光纤的包层中，成为包层模，之后又通过单模光纤进入到输出端多模光纤时发生模间干涉从而形成干涉条纹对物理量进行测量；所述单模光纤上刻写有布拉格光栅；所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。
2.如权利要求1所述的一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，其特征在于，所述马赫曾德尔光纤传感结构的制作方法包括：
步骤1）选择纤芯为纯石英纤芯的单模光纤，对单模光纤进行开窗，通过激光刻写工艺在单模光纤上刻写布拉格光栅；
步骤2）选择纤芯为纯石英纤芯的输入端多模光纤、输出端多模光纤，将输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次进行熔接，得到马赫曾德尔光纤传感结构。
3.如权利要求2所述的一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，其特征在于，所述步骤1）中激光刻写工艺采用飞秒激光器，飞秒激光器发出超窄脉宽飞秒激光，经聚焦物镜聚焦至已开窗的单模光纤的纤芯上，刻写布拉格光栅。
CN201811615894.XA 2018-12-27 2018-12-27 基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器 Pending CN109631788A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811615894.XA CN109631788A (zh) 2018-12-27 2018-12-27 基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811615894.XA CN109631788A (zh) 2018-12-27 2018-12-27 基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109631788A true CN109631788A (zh) 2019-04-16

Family

ID=66078440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811615894.XA Pending CN109631788A (zh) 2018-12-27 2018-12-27 基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109631788A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110319786A (zh) * 2019-07-30 2019-10-11 南京信息工程大学 一种应变传感Fabry-Perot干涉仪及基于该干涉仪的应变传感方法
CN111256739A (zh) * 2020-03-18 2020-06-09 华中科技大学 一种基于全纤芯mzi与fbg结合的光纤传感器其及制作方法
CN112558215A (zh) * 2020-12-07 2021-03-26 北京信息科技大学 一种基于飞秒激光技术的阶跃型等栅距光栅及其制备方法
CN112710633A (zh) * 2020-12-08 2021-04-27 北京信息科技大学 一种制备拼接结构马赫-曾德尔折射率传感器方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546274A (zh) * 2016-10-19 2017-03-29 暨南大学 细芯光纤布拉格光栅温度和应变传感器及其检测方法
CN106767488A (zh) * 2016-11-02 2017-05-31 北京信息科技大学 基于长周期光纤光栅和细芯光纤的温度与应变测试方法
CN107561160A (zh) * 2017-08-31 2018-01-09 西北大学 一种基于聚四氟乙烯薄膜的高信噪比光纤超声传感器
CN108195485A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 北京信息科技大学 基于lpfg与mz级联测量温度与应变的双参数传感器及其制备方法
CN108195482A (zh) * 2017-12-25 2018-06-22 北京信息科技大学 基于fbg和mzi级联的温度和酒精溶液浓度双参数光纤传感器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546274A (zh) * 2016-10-19 2017-03-29 暨南大学 细芯光纤布拉格光栅温度和应变传感器及其检测方法
CN106767488A (zh) * 2016-11-02 2017-05-31 北京信息科技大学 基于长周期光纤光栅和细芯光纤的温度与应变测试方法
CN107561160A (zh) * 2017-08-31 2018-01-09 西北大学 一种基于聚四氟乙烯薄膜的高信噪比光纤超声传感器
CN108195482A (zh) * 2017-12-25 2018-06-22 北京信息科技大学 基于fbg和mzi级联的温度和酒精溶液浓度双参数光纤传感器
CN108195485A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 北京信息科技大学 基于lpfg与mz级联测量温度与应变的双参数传感器及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110319786A (zh) * 2019-07-30 2019-10-11 南京信息工程大学 一种应变传感Fabry-Perot干涉仪及基于该干涉仪的应变传感方法
CN110319786B (zh) * 2019-07-30 2020-12-29 南京信息工程大学 一种应变传感Fabry-Perot干涉仪及基于该干涉仪的应变传感方法
CN111256739A (zh) * 2020-03-18 2020-06-09 华中科技大学 一种基于全纤芯mzi与fbg结合的光纤传感器其及制作方法
CN112558215A (zh) * 2020-12-07 2021-03-26 北京信息科技大学 一种基于飞秒激光技术的阶跃型等栅距光栅及其制备方法
CN112710633A (zh) * 2020-12-08 2021-04-27 北京信息科技大学 一种制备拼接结构马赫-曾德尔折射率传感器方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109631788A (zh) 基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器
CN108195410A (zh) 基于mzi和fpi级联的多参数光纤干涉传感器及其制备方法
CN112945284B (zh) 一种基于悬浮光纤错位熔接的高灵敏度高温传感器
Han et al. Ultra-compact silicon-microcap based improved Michelson interferometer high-temperature sensor
CN108731712B (zh) 一种基于飞秒激光刻写波导的光纤线上马赫-曾德干涉仪
CN103900994A (zh) 基于迈克尔逊干涉仪的全光纤折射率计、制作方法及系统
Lin et al. High-sensitivity salinity sensor based on etched C-type micro-structured fiber sensing structure
CN108225416A (zh) 一种用于多参数测量的多参数传感器的制作方法
CN204881905U (zh) 一种球形结构光纤的温度传感器
Ma et al. Sinusoidal-core long period fiber grating for refractive index measurement
CN109682778A (zh) 飞秒激光制备纤芯失配型fbg温度折射率测量方法
Mohd Noor et al. Optical humidity sensor based on air guided photonic crystal fiber
CN106524935B (zh) 一种熔接长周期光纤光栅的双程mz结构测量应变的方法
Du et al. Simultaneous measurement of refractive index and temperature based on a long period fiber grating inscribed in a photonic crystal fiber with an electric-arc discharge
Akhmetshin et al. New single-mode fibres with the flat spectral dependence of the chromatic dispersion varying over the fibre length
CN108731713B (zh) 一种三包层石英基特种光纤微腔结构传感器及制备方法
CN110514233A (zh) 一种空腔悬浮通道型光纤线上马赫-曾德干涉仪
Shu et al. Simultaneous measurement three parameters of temperature, strain, and curvature by thin-core fiber based-Mach-Zehnder interferometer
CN109580037A (zh) 基于光子晶体光纤fp结构的温度传感器及其制作方法
Sandoghchi et al. Optical side scattering radiometry for high resolution, wide dynamic range longitudinal assessment of optical fibers
CN107990920B (zh) 一种具有双生谐振干涉峰的光纤传感器的制造方法
Wang et al. Research on dual-parameter optical fiber sensor based on few-mode fiber with two down-tapers
Mihailov Femtosecond laser-induced Bragg gratings in silica-based fibers for harsh environment sensing
Zhao et al. A single-mode-deformed multimode-single-mode fiber structure for simultaneous measurement of curvature and temperature
Liu et al. Multi-tapered polarization-maintaining fiber-optic sensor for refractive index and temperature measurements

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190416