CN114234840B - 一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器及制备方法，属于光纤传感技术领域。解决了温度和曲率的交叉影响的问题。其技术方案为：由宽带光源、第一单模光纤、第一无芯光纤、第一球型结构、锥区、第二球型结构、第二无芯光纤、第二单模光纤和光谱分析仪依次连接而成；其制备方法为：使用光纤熔接机将第一球型结构和第二球型结构靠近，并放电熔接得到拉锥前的结构，再在氢氧火焰拉锥机上，使拉锥机对准该结构的中心‑双球结构的连接处。拉锥时,火焰扫描范围覆盖球形结构和无芯光纤，经过拉锥得到曲率传感器。本发明的有益效果为：本发明曲率传感器对温度不灵敏，对曲率具有极高灵敏度，极大的减小了温度和曲率的交叉灵敏性影响问题。

Description

一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器及制备方法

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器及制备方法。

背景技术

近年来，光纤传感器在人们的日常生活和工作中变得越来越普遍。与传统的电传感器相比，光纤传感器具有体积小、质量轻、抗电磁干扰和成本低等优点。而被广泛用于折射率、应变、温度、湿度和曲率的检测。其中，由于曲率传感器在航空航天，土木工程，机械臂和健康检测等方面的广泛运用，使曲率传感器得到了迅速的发展。其中，曲率灵敏度在产品质量，资源损耗，减少灾难事故发生等方面有着至关重要的作用。

利用光栅型的传感器其制作过程复杂，成本高，对工艺要求很高。基于萨尼亚克环的曲率灵敏度体积较大，其灵敏度受环大小的影响相对较低，也不易于集成。因此，基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的曲率传感器因其结构紧凑、易于制造、成本低和灵敏度高等优点脱颖而出。在基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的曲率传感器中，为了得到更高的灵敏度，需要尽可能地将纤芯模激发到高阶模，因此需要对光纤类型以及传感器结构进行选型和设计。其中，空腔型光纤需要飞秒激光器等制备成本和工艺要求很高。而光子晶体光纤、光纤光栅等由于制备工艺以及需求需要定制，成本昂贵。

如何在提高光纤马赫-曾德尔干涉仪的曲率传感器的灵敏度的同时，降低整体器件的成本，为本发明面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器及制备方法，本发明提供了一种对温度不灵敏，对曲率具有极高灵敏度的曲率传感器，极大的减小了温度和曲率的交叉影响，该曲率传感器是基于锥单模光纤-无芯光纤-双球-无芯光纤-单模光纤结构，将两个球型无芯光纤拉锥形成微光纤和控制消光比，拉锥之后激发的高阶模式对曲率具有极高的灵敏度，该曲率传感器结构简单，制作简单，成本低廉，更具有极高的曲率灵敏度容易制作。

本发明是通过如下措施实现的：一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，所述曲率传感器基于拉锥单模光纤-无芯光纤-双球-无芯光纤-单模光纤结构；由宽带光源、第一单模光纤、第一无芯光纤、第一球型结构、锥区、第二球型结构、第二无芯光纤、第二单模光纤和光谱分析仪依次连接而成。

其中，所述第一单模光纤为曲率传感器的输入端，所述第一单模光纤的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源相连，所述第一单模光纤的另一端与所述第一无芯光纤的一端相连，所述第一无芯光纤的另一端是第一球型结构，所述锥区的两端分别连接第一球型结构和第二球型结构，所述第二球型结构为第二无芯光纤的一端，所述第二无芯光纤的另一端连接于作为输出端的第二单模光纤，所述第二单模光纤通过FC/APC光纤接头与光谱分析仪信号接口连接。

进一步地，所述第一单模光纤和第二单模光纤为康宁公司生产的单模光纤SMF-28e，纤芯和包层折射率分别为1.4682,1.4629,包层和纤芯直径分别为125微米，8.2微米。

进一步地，所述锥区包括渐缩区、渐扩区和一个锥腰部分；所述渐缩区的光纤直径逐渐减小，渐扩区的光纤直径逐渐增大，锥腰部分光纤直径最小且保持不变；

所述锥区由无芯光纤制成的双球结构拉锥制得，放电强度为140，放电时间为850ms,拉锥后的锥区长度1230.77μm。

进一步地，所述第一球型结构的长半径为163.46μm，短半径为91.35μm。

进一步地，所述第二球型结构的长半径为162.15μm，短半径为90.05μm。

进一步地，所述第一单模光纤外接宽带光源，所述第二单模光纤外接光谱分析仪，所述光谱分析仪的分辨率为0.02nm。

进一步地，所述曲率传感器还包括封装结构，所述封装结构包括通过涂布机在所述第一球型结构和第二球型结构上添加一层涂层，涂层的材质为(紫外光固化聚合物，粘贴在所述第一球型结构和第二球型结构底部的金属弹性体，将所述金属弹性体和第一球型结构和第二球型结构罩住的保护管。

进一步地，为了进一步增强曲率传感器机械强度，针对本发明的曲率传感器设计了封装结构，如图6所示，首先，通过涂布机在第一球型结构和第二球型结构上添加一层紫外光固化聚合物，充分地提高曲率传感器的机械强度，第一球型结构和第二球型结构激发的高阶模式也可以在涂层上传输和耦合，然后，使用环氧树脂粘合剂将曲率传感器粘附到金属弹性体上，金属弹性体作用与涂层类似，它可以进一步提高本结构的机械强度，延长使用寿命，最后，整个装置由保护管密封和保护。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器的制备方法，在制作过程中，通过光纤熔接机(FURUKAWA S178C)和氢氧火焰拉锥机的搭配使用得到本结构，具体包括以下步骤：

S1、将第一单模光纤的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源相连，将第一单模光纤的另一端和第一无芯光纤切割平整，放置在光纤熔接器上熔接，熔接点为第一熔接点，第一无芯光纤长度为0.6cm；

S2、使用熔接机将第一无芯光纤的另一端熔为一个球型，作为第一球型结构，对第一无芯光纤的右端多次电弧放电，第一球型结构的长半径为163.46μm，短半径为91.35μm，第一球型结构的直径由熔接器的放电强度和放电次数控制，第一球型结构是可重复的；

S3、第二单模光纤通过FC/APC光纤接头与光谱分析仪相连，光谱分析仪采用如步骤S2同样的方法得到连接的第二单模光纤和第二无芯光纤，第二无芯光纤和第二单模光纤的熔接点为第二熔接点，在第二无芯光纤的另一端为第二球型结构；

S4、在熔接机上，将第一球型结构和第二球型结构靠近，并放电熔接在一起，得到拉锥前的结构；

S5、将步骤S4得到的结构平稳地放置在氢氧火焰拉锥机上，使拉锥机对准该结构的中心-双球结构的连接处，拉锥时,火焰扫描范围覆盖了球形结构和无芯光纤，经过拉锥得到本结构。

进一步地，所述步骤S2中熔接机将第一无芯光纤的另一端熔为一个球型采用手工熔接模式，其放电强度范围为130-150,放电时间是750-950ms。

进一步地，在1pa和25℃时,所述拉锥机上氧气和氢气的流速为8.0毫升/分钟和110毫升/分钟；

所述拉锥机火焰扫描速度和夹具速度分别为2.5mm/s和0.08mm/s，火焰扫描长度为2mm，通过改变锥形长度控制锥形光纤的腰径，当观察到清晰的梳状峰时，锥形停止，拉锥结束后，如果发现光谱的波谷不明显，通过修正操作使光纤略微变细，得到预期的光谱，拉锥后的锥区长度1230.77μm。

进一步地，锥区包括渐缩区、渐扩区和一个锥腰部分，在渐缩区，光纤直径逐渐减小，渐扩区则是逐渐增大，锥腰部分光纤直径最小且保持不变，当双球中间的光纤的熔融部分逐渐变细时，逐渐变细的速度可以由氢气和氧气的体积流量决定，因此，拉锥的尺寸可以通过设置这些参数实现精确控制，可以实现对本结构的重复制作，经过多次的重复制作，认为本结构不仅制备过程简单，易于操作，而且便于重复。

如图2所示，是本发明的曲率传感器的曲率测量装置图，通过使用螺旋千分尺将本发明的曲率传感器固定在两个平移台上，旋转平移台上的螺旋千分尺，改变两个平移台之间的距离，通过改变曲率半径来间接改变曲率，如图3(a)所示，当曲率发生变化，光谱分析仪上波谷(Dip1，Dip2)的位置发生左移，波长(λ)和曲率(C)呈线性关系，如图3(b)所示，Dip1曲率灵敏度高达-224.6nm/m^-1，同时，可以看到条纹周期(FSR)范围为12-13nm,有利于曲率的测量。

如图4所示，是本发明的曲率传感器的温度测量装置图，通过改变恒温箱的温度，得到光谱随温度(T)变化的偏移图，如图5(a)所示，考虑到本发明的曲率传感器具有对温度不灵敏性，对波谷进行了局部放大，观察光谱仪上波谷的位置，波长(λ)和温度(T)呈线性关系，如图5(b)所示，温度灵敏度仅为-0.00332nm/℃，极大的缩小了温度对曲率的交叉影响。

本发明曲率传感器的光路传播顺序为：

宽带光源1输出的入射光通过第一单模光纤进入第一无芯光纤后，激发部分高阶模式，再通过第一球型结构的合束作用进入锥区，纤细的锥区激发的高阶模式对曲率有着极高的灵敏度，然后入射光经过第二球型结构的分束作用进入第二无芯光纤，最后，耦合回到第二单模光纤，整个过程中，由于基模和高阶模式之间存在光程差，满足相位匹配条件，从而在光谱分析仪上产生干涉光谱，通过光谱上不同干涉谷(Dip1，Dip2)波长的偏移来实现对曲率的测量。

本发明的工作原理：入射光通过第一单模光纤进入第一无芯光纤，由于第一单模光纤和第一无芯光纤纤芯失配，发生第一次模式干涉，激发高阶模式，入射光在无芯光纤中传输0.6cm后，第一个球型结构作为合束器，帮助入射光线进入锥区，由于锥区直径较小，激发了更多的高阶模式，这些高阶模式对曲率有着极高的灵敏度，使得本发明拥有所熟知的最高曲率灵敏度。之后，通过第二球型结构的分束效果，进入第二无芯光纤，最后，耦合回到第二单模光纤，并传输到光谱分析仪，得到透射谱，在入射光传输的过程中，基模和包层模式由于折射率的差异，产生光程差，从而在光谱分析仪上产生马赫-曾德尔干涉光谱，曲率的变化会带动基模和包层模有效折射率差的变化，从而使得光谱发生波长偏移，通过对波长的检测来实现对曲率的测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明是基于拉锥单模光纤-无芯光纤-双球-无芯光纤-单模光纤结构，创造性的将两者特性结合起来，实现了曲率灵敏度的巨大提升，进一步提高了曲率传感器的实用性，不仅制作工艺简单，而且材料成本低廉，只需使用光纤熔接机进行简单的放电熔接和拉锥机进行简单的拉锥，锥形结构不仅结构简单，制作方便，在功能上更是可以取代昂贵复杂的光学器件，并且具有类似的效果，在光纤曲率传感器的普及使用上有着巨大的潜力，本发明的曲率传感器输出信号包含模式干涉形成的干涉峰，通过对干涉谷波长随曲率的变化来检测曲率的大小，同时兼备对曲率十分灵敏和对温度不灵敏的特点，极其适合温差较大的环境，解决传统型光纤曲率传感器和温度的交叉敏感问题，在实际的航空航天和土木工程等方面有广阔的应用空间。

2、本发明的曲率传感器的拉锥的尺寸可以通过设置这些参数进行精确控制，实现对本结构的重复制作，经过多次的重复制作，本结构不仅制备过程简单，易于操作，而且便于重复。

3、比起传统的单模-无芯-单模光纤，本发明的曲率传感器结构激发了更多的高阶模式，高阶模式对曲率有着极高的灵敏度，使得曲率灵敏度有了质的提升，拥有更高曲率灵敏度的传感器能够更好的应用于在航空航天，土木工程，机械臂和健康检测等方面，具有较为广泛的实用性。

4、比起传统的单模-双球-单模光纤的拉锥结构，在本发明的曲率传感器中，单模光纤先与无芯光纤相连，可以先激发部分高阶模，再通过对无芯光纤熔成的双球拉锥，进一步激发了高阶模式，实现了曲率灵敏度的质的提升，得到最高的曲率灵敏度，球型结构不仅可以拉锥出纤细的锥区，还可以通过变化球的直径来控制光谱的消光比。

5、本发明通过激发了具有极高曲率灵敏度的高阶模式，实现对曲率灵敏度的提升，不仅解决了温度和曲率的交叉影响问题，而且具有成本低廉，易于制作，体积小等优点，极大的提高了光纤曲率传感器的实用性，在生产中具有极大的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明的曲率传感器的结构示意图。

图2为本发明的曲率传感器进行曲率测量时的装置示意图。

图3中图(a)是随曲率(C)变化的波长(λ)偏移图，图(b)是针对图(a)中的波谷(Dip1，Dip2)得到的曲率(C)和波长(λ)的拟合曲线图。

图4为本发明的曲率传感器进行温度曲率测试时的装置示意图。

图5中图(a)是随温度变化的波长偏移图，为了展示本发明对温度的不灵敏性，本发明对波谷(Dip1，Dip2)进行了局部放大，图(b)是针对(a)中的波谷(Dip1，Dip2)得到的温度和波长的拟合曲线图。

图6为本发明曲率传感器添加封装结构的示意图。

图7为本发明的曲率传感器制作流程图。

其中，附图标记为：1、宽带光源；2、第一单模光纤；3、第一无芯光纤；3-7、(第一无芯光纤、第一球型结构、锥区、第二球型结构、第二无芯光纤)；4、第一球型结构；5、锥区；6、第二球型结构；7、第二无芯光纤；8、第二单模光纤；9、光谱分析仪；100、封装结构；101、涂层；102、金属弹性体；103、保护管；10、旋转平移台；11、螺旋千分尺；12、恒温箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见图1至图7，本发明提供其技术方案为，一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，曲率传感器基于拉锥单模光纤-无芯光纤-双球-无芯光纤-单模光纤结构；由宽带光源1、第一单模光纤2、第一无芯光纤3、第一球型结构4、锥区5、第二球型结构6、第二无芯光纤7、第二单模光纤8和光谱分析仪9依次连接而成；

其中，第一单模光纤2为曲率传感器的输入端，第一单模光纤2的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源1相连，第一单模光纤2的另一端与第一无芯光纤3的一端相连，第一无芯光纤3的另一端是第一球型结构4，锥区5的两端分别连接第一球型结构4和第二球型结构6，第二球型结构6为第二无芯光纤7的一端，第二无芯光纤7的另一端连接于作为输出端的第二单模光纤8，第二单模光纤8通过FC/APC光纤接头与光谱分析仪9信号接口连接。

优选地，第一单模光纤2和第二单模光纤8为康宁公司生产的单模光纤SMF-28e，纤芯和包层折射率分别为1.4682,1.4629,包层和纤芯直径分别为125微米，8.2微米。

优选地，锥区5包括渐缩区、渐扩区和一个锥腰部分；渐缩区的光纤直径逐渐减小，渐扩区的光纤直径逐渐增大，锥腰部分光纤直径最小且保持不变；

锥区5由无芯光纤制成的双球结构拉锥制得，放电强度为140，放电时间为850ms,拉锥后的锥区5长度1230.77μm。

优选地，第一球型结构3的长半径为163.46μm，短半径为91.35μm。

优选地，第二球型结构6的长半径为162.15μm，短半径为90.05μm。

优选地，第一单模光纤2外接宽带光源1，第二单模光纤8外接光谱分析仪9，光谱分析仪的分辨率为0.02nm。

优选地，曲率传感器还包括封装结构100，封装结构100包括通过涂布机在第一球型结构4和第二球型结构6上添加一层涂层101，涂层101材质为紫外光固化聚合物，粘贴在第一球型结构4和第二球型结构6底部的金属弹性体102，将金属弹性体102和第一球型结构4和第二球型结构6罩住的保护管103。

优选地，为了进一步增强曲率传感器机械强度，针对本发明的曲率传感器设计了封装结构100，如图6所示，拉锥后得到的曲率传感器在显微镜下的实物图。首先，通过涂布机在第一球型结构4和第二球型结构6上添加一层紫外光固化聚合物涂层101，充分地提高曲率传感器的机械强度，第一球型结构4和第二球型结构6激发的高阶模式也可以在涂层101上传输和耦合，然后，使用环氧树脂粘合剂将曲率传感器粘附到金属弹性体102上，金属弹性体102作用与涂层类似，它可以进一步提高本结构的机械强度，延长使用寿命，最后，整个装置由保护管103密封和保护。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器的制备方法，在制作过程中，通过光纤熔接机(FURUKAWA S178C)和氢氧火焰拉锥机的搭配使用得到本结构，具体包括以下步骤：

S1、将第一单模光纤2的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源1相连，将第一单模光纤2的另一端和第一无芯光纤3切割平整，放置在光纤熔接器上熔接，熔接点为第一熔接点，第一无芯光纤3长度为0.6cm；

S2、使用熔接机将第一无芯光纤3的另一端熔为一个球型，作为第一球型结构4，对第一无芯光纤3的右端多次电弧放电，第一球型结构3的长半径为163.46μm，短半径为91.35μm，第一球型结构3的直径由熔接器的放电强度和放电次数控制，第一球型结构3是可重复的；

S3、第二单模光纤8通过FC/APC光纤接头与光谱分析仪9相连，光谱分析仪9采用如步骤S2同样的方法得到连接的第二单模光纤8和第二无芯光纤7，第二无芯光纤7和第二单模光纤8的熔接点为第二熔接点，在第二无芯光纤7的另一端为第二球型结构6；

S4、在熔接机上，将第一球型结构4和第二球型结构6靠近，并放电熔接在一起，得到拉锥前的结构；

S5、将步骤S4得到的结构平稳地放置在氢氧火焰拉锥机上，使拉锥机对准该结构的中心-双球结构的连接处，拉锥时,火焰扫描范围覆盖了球形结构和无芯光纤，经过拉锥得到本结构。

优选地，步骤S2中熔接机将第一无芯光纤3的另一端熔为一个球型采用手工熔接模式，其放电强度范围为130-150,放电时间是750-950ms。

优选地，在1pa和25℃时,拉锥机上氧气和氢气的流速为8.0毫升/分钟和110毫升/分钟；

拉锥机火焰扫描速度和夹具速度分别为2.5mm/s和0.08mm/s，火焰扫描长度为2mm，通过改变锥形长度控制锥形光纤的腰径，当观察到清晰的梳状峰时，锥形停止，拉锥结束后，如果发现光谱的波谷不明显，通过修正操作使光纤略微变细，得到预期的光谱，拉锥后的锥区5长度1230.77μm。

优选地，锥区5包括渐缩区、渐扩区和一个锥腰部分，在渐缩区，光纤直径逐渐减小，渐扩区则是逐渐增大，锥腰部分光纤直径最小且保持不变，当双球中间的光纤的熔融部分逐渐变细时，逐渐变细的速度可以由氢气和氧气的体积流量决定，因此，拉锥的尺寸可以通过设置这些参数实现精确控制，可以实现对本结构的重复制作，经过多次的重复制作，认为本结构不仅制备过程简单，易于操作，而且便于重复。

如图2所示，是本发明的曲率传感器的曲率测量装置图，通过使用螺旋千分尺将本发明的曲率传感器固定在两个平移台10上，旋转平移台10上的螺旋千分尺11，改变两个平移台10之间的距离，通过改变曲率半径来间接改变曲率，如图3a所示，当曲率发生变化，光谱分析仪9上波谷(Dip1，Dip2)的位置发生左移，波长(λ)和曲率(C)呈线性关系，如图3b所示，Dip1曲率灵敏度高达-224.6nm/m^-1，同时，可以看到条纹周期FSR范围为12-13nm,有利于曲率的测量。

如图4所示，是本发明的曲率传感器的温度测量装置图，通过改变恒温箱12的温度，得到光谱随温度T变化的偏移图，如图5a所示，考虑到本发明的曲率传感器具有对温度不灵敏性，对波谷进行了局部放大，观察光谱仪上波谷的位置，波长(λ)和温度(T)呈线性关系，如图5b所示，温度灵敏度仅为-0.00332nm/℃，极大的缩小了温度对曲率的交叉影响。

本发明曲率传感器的光路传播顺序为：

宽带光源1输出的入射光通过第一单模光纤2进入第一无芯光纤3后，激发部分高阶模式，再通过第一球型结构4的合束作用进入锥区5，纤细的锥区激发的高阶模式对曲率有着极高的灵敏度，然后入射光经过第二球型结构6的分束作用进入第二无芯光纤7，最后，耦合回到第二单模光纤8，整个过程中，由于基模和高阶模式之间存在光程差，满足相位匹配条件，从而在光谱分析仪9上产生干涉光谱，通过光谱上不同干涉谷Dip1 Dip2波长的偏移来实现对曲率的测量。

本发明的工作原理：入射光通过第一单模光纤2进入第一无芯光纤3，由于第一单模光纤2和第一无芯光纤纤芯3失配，发生第一次模式干涉，激发高阶模式，入射光在无芯光纤中传输0.6cm后，第一个球型结构4作为合束器，帮助入射光线进入锥区5，由于锥区5直径较小，激发了更多的高阶模式，这些高阶模式对曲率有着极高的灵敏度，使得本发明拥有所熟知的最高曲率灵敏度。之后，通过第二球型结构6的分束效果，进入第二无芯光纤7，最后，耦合回到第二单模光纤8，并传输到光谱分析仪9，得到透射谱，在入射光传输的过程中，基模和包层模式由于折射率的差异，产生光程差，从而在光谱分析仪9上产生马赫-曾德尔干涉光谱，曲率的变化会带动基模和包层模有效折射率差的变化，从而使得光谱发生波长偏移，通过对波长的检测来实现对曲率的测量。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述曲率传感器由宽带光源（1）、第一单模光纤（2）、第一无芯光纤（3）、第一球型结构（4）、锥区（5）、第二球型结构（6）、第二无芯光纤（7）、第二单模光纤（8）和光谱分析仪（9）依次连接而成；

其中，所述第一单模光纤（2）为曲率传感器的输入端，所述第一单模光纤（2）的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源（1）相连，所述第一单模光纤（2）的另一端与所述第一无芯光纤（3）的一端相连，所述第一无芯光纤（3）的另一端是第一球型结构（4），所述锥区（5）的两端分别连接第一球型结构（4）和第二球型结构（6），所述第二球型结构（6）为第二无芯光纤（7）的一端，所述第二无芯光纤（7）的另一端连接于作为输出端的第二单模光纤（8），所述第二单模光纤（8）通过FC/APC光纤接头与光谱分析仪（9）信号接口连接。

2.根据权利要求1所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述第一单模光纤（2）和第二单模光纤（8）为普通单模光纤。

3.根据权利要求1所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述锥区（5）包括渐缩区、渐扩区和一个锥腰部分；所述渐缩区的光纤直径逐渐减小，渐扩区的光纤直径逐渐增大，锥腰部分光纤直径最小且保持不变；

所述锥区（5）由无芯光纤制成的双球结构拉锥制得，放电强度为140，放电时间为850ms,拉锥后的锥区（5）长度1230.77μm。

4.根据权利要求1所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述第一球型结构（3）的长半径为163.46μm，短半径为91.35μm。

5.根据权利要求1所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述第二球型结构（6）的长半径为162.15μm，短半径为90.05μm。

6.根据权利要求1所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述第一单模光纤（2）外接宽带光源（1），所述第二单模光纤（8）外接光谱分析仪（9），所述光谱分析仪的分辨率为0.02nm。

7.根据权利要求1所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器，其特征在于，所述曲率传感器还包括封装结构(100)，所述封装结构(100)包括通过涂布机在所述第一球型结构（4）和第二球型结构（6）上添加一层涂层（101），所述涂层（101）材质为紫外光固化聚合物，粘贴在所述第一球型结构（4）和第二球型结构（6）底部的金属弹性体（102），将所述金属弹性体（102）和第一球型结构（4）和第二球型结构（6）罩住的保护管（103）。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的基于拉锥双球型无芯光纤的曲率传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将第一单模光纤（2）的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源（1）相连，将第一单模光纤（2）的另一端和第一无芯光纤（3）切割平整，放置在光纤熔接机上熔接，熔接点为第一熔接点，第一无芯光纤（3）长度为0.6cm；

S2、使用熔接机将第一无芯光纤（3）的另一端熔为一个球型，作为第一球型结构（4），对第一无芯光纤（3）的右端多次电弧放电，第一球型结构（3）的长半径为163.46μm，短半径为91.35μm，第一球型结构（3）的直径由熔接机的放电强度和放电次数控制，第一球型结构（3）是可重复的；

S3、第二单模光纤（8）通过FC/APC光纤接头与光谱分析仪（9）相连，光谱分析仪（9）采用如步骤S2同样的方法得到连接的第二单模光纤（8）和第二无芯光纤（7），第二无芯光纤（7）和第二单模光纤（8）的熔接点为第二熔接点，在第二无芯光纤（7）的另一端为第二球型结构（6）；

S4、在熔接机上，将第一球型结构（4）和第二球型结构（6）靠近，并放电熔接在一起，得到拉锥前的结构；

S5、将步骤S4得到的结构平稳地放置在氢氧火焰拉锥机上，使拉锥机对准该结构的中心-双球结构的连接处，拉锥时,火焰扫描范围覆盖球形结构和无芯光纤，经过拉锥得到曲率传感器。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中熔接机将第一无芯光纤（3）的另一端熔为一个球型采用手工熔接模式，其放电强度范围为130-150,放电时间是750-950ms。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在1 pa和25℃时,所述拉锥机上氧气和氢气的流速为8.0 毫升/分钟和110 毫升/分钟；

所述拉锥机火焰扫描速度和夹具速度分别为2.5 mm/s和0.08 mm/s，火焰扫描长度为2mm，通过改变锥形长度控制锥形光纤的腰径，当观察到清晰的梳状峰时，锥形停止，拉锥结束后，如果发现光谱的波谷不明显，通过修正操作使光纤略微变细，得到预期的光谱，拉锥后的锥区长度1230.77μm。