CN116839639A - 光纤传感器和检测设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种光纤传感器和检测设备。该光纤传感器包括光纤、尾纤、光束整形器、套管和振膜，光纤的一端插设于尾纤内并与尾纤固定连接，尾纤插设于套管内且与套管固定连接；光束整形器的第一端面与光纤连接，光束整形器的第二端面设于远离光纤的一端，且第二端面与振膜的振动面在光束整形器的光轴方向相对且间隔设置，第二端面与振动面之间可形成谐振腔；光束整形器第二端面的光束传输面积大于第一端面的光束传输面积，且第二端面的光束发散角为1～5°。该光纤传感器可提高光纤传感器的波长分辨能力，使其能够适用于WDM系统中。

Description

光纤传感器和检测设备
技术领域
本申请涉及光纤探测领域，具体涉及一种光纤传感器和检测设备。
背景技术
波分复用(wavelength division multiplexing，WDM)系统，在发射端，可将多种不同波长的光信号通过合波器汇合在一起，并耦合到同一根光纤中传输；在接收端，经分波器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。WDM系统可同时传输多种波长的信号，利用WDM系统可显著降低信号传输的成本。基于非本征型法布里-珀罗(fabry–pérot cavity，FP)谐振腔的光纤传感器，其可通过FP谐振腔实现光学信号和振动信号之间的转换。FP谐振腔是由两个平行的端面构成的谐振腔，例如可由光纤端面与振膜端面构成谐振腔，两平行端面(例如光纤端面与振膜端面)之间的距离为腔长。FP谐振腔内的反射光强度与光线波长和腔长相关。当振膜发生振动时，振动将引起腔长的变化，使反射光强度发生变化，从而实现振动信号到光学信号的转换，通过解调光学信号即可实现振动检测。但是现有的光纤传感器由于腔长较短，使自由光谱范围(free spectral range，FSR)受限，FSR一般为12nm左右，FP谐振腔的波长分辨能力较低，无法应用于密集的WDM系统中。
发明内容
本申请提供了一种光纤传感器和检测设备，以提高光纤传感器的波长分辨能力，使其能够适用于WDM系统中。
第一方面，本申请提供一种光纤传感器，该光纤传感器包括光纤、尾纤、光束整形器、套管和振膜，光纤的一端插设于尾纤内并与尾纤固定连接，尾纤插设于套管内且与套管固定连接；光束整形器的第一端面与光纤连接，光束整形器的第二端面设于远离光纤的一端，且第二端面与振膜的振动面在光束整形器的光轴方向相对且间隔设置，第二端面与振动面之间可形成谐振腔；光束整形器第二端面的光束传输面积大于第一端面的光束传输面积，且第二端面的光束发散角为1～5°。
本申请的光纤传感器，通过设置光束整形器，其中，光束整形器第二端面的光束传输面积大于第一端面的光束传输面积，并将光束整形器的光束发散角限定在1～5°范围内，可使光纤传感器的腔长达到500μm及以上，可显著减少自由光谱范围，FSR可达5nm以下，尤其可达3nm以下，可大幅提高FP谐振腔的波长分辨能力，进而可增加光纤传感器能支持的通道数量，因此，该光纤传感器可用于密集的WDM系统中。另外，本申请的光纤传感器，在具有较长腔长尺寸的同时，还具有较高的光耦合效率以及高的干涉条纹对比度，以及较小的插入损耗，可显著提高光纤传感器的传输性能。
在一种可选的实现方式中，光束整形器的光束发散角为1～3°。这样，可进一步提高FP谐振腔的波长分辨能力，提高光纤传感器能支持的通道数量，同时能够进一步提高光耦合效率以及干涉条纹对比度，降低插入损耗。
在一种可选的实现方式中，光束整形器的面向振膜的端面设有第一光学膜，第一光学膜的反射率为5～80％。通过设置第一光学膜，可调整光束整形器反射率，使其接近于经振膜反射至光纤内的光强，降低插入损耗。
在一种可选的实现方式中，振膜的面向光束整形器的表面设有第二光学膜，第二光学膜的反射率≥95％。通过设置第二光学膜，以提高振膜的反射率，提高反射光强度以及光纤的耦合效率。
在一种可选的实现方式中，第二光学膜的直径为D1，光束整形器照射于第二光学膜的光斑的4σ直径为D2，D1大于D2，以提高反射光强度，减少散射。
在一种可选的实现方式中，光束整形器设于尾纤的内部与光纤连接。在另一种可选的实现方式中，光束整形器设于尾纤的端面并与光纤连接。
在一种可选的实现方式中，光束整形器包括扩束光纤或光学透镜。
在一种可选的实现方式中，光束整形器的第二端面与振膜之间的距离为400～1000μm。
其中，本申请上述各可能实现方式中的数据，例如光束发散角、反射率、腔长长度等数据，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本申请所限定的范围内。
第二方面，本申请提供一种检测设备，该检测设备包括检测模块和本申请第一方面的光纤传感器，光纤与检测模块连接。
上述第二方面可以达到的技术效果，可以参照上述第一方面中的相应效果描述，这里不再重复赘述。
附图说明
图1为一种实施例的WDM系统的结构示意图；
图2为一种实施例的一种光纤传感器的结构示意图；
图3为另一种实施例的光纤传感器的结构示意图；
图4为一种实施例的振膜调制光强示意图；
图5为一种实施例的光纤传感器在具有不同腔长下的耦合效率；
图6为一种实施例的光纤传感器在振动时获得的干涉光谱图；
图7为一种实施例的光纤传感器在不同腔长下干涉光谱的对比度曲线图。
附图标记：
10-光纤传感器；11-光纤；12-尾纤；13-套管；14-振膜；141-振动面；15-光束整形器；
151-第一端面；152-第二端面；16-粘结剂；20-分光器。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
为方便理解，先对以下术语做解释说明。
FP谐振腔：一种无源光学谐振腔，一般由两个平行的反射平面组成，简称法珀腔。光纤FP谐振腔是利用光纤组成的FP腔体。
FSR：自由光谱范围，两个相邻峰值的频率间隔，用来表示FP谐振腔的波长分辨能力。FSR＝Δλ＝λ1-λ2＝λ1λ2/(2L)≈(λ0)2/(2L)。其中，λ0为宽带入射光的平均波长，L为FP谐振腔的腔长。
WDM：波分复用，多种不同波长的光信号通过合波器汇合在一起，并耦合到同一根光纤中传输。
在振动检测领域，可利用光纤传感器实现振动信号的检测。其中，光纤传感器的腔长是影响光纤传感器性能的一个重要指标。现有的光纤传感器由于所适配的腔长较短，一般在100μm以下，有的通过添加准直器件可使腔长达到300μm，若继续增加腔长会导致光纤传感器的光耦合效率以及干涉条纹对比度急剧下降，无法实现检测功能。当腔长增加后，可增加自由光谱范围，提高FP谐振腔的波长分辨能力，从而可使光纤传感器应用于WDM系统中。图1为一种WDM系统，具有长腔长的光纤传感器10应用WDM系统中，可实现一对多的多路传感检测。如图1所示，该WDM系统可包括多个光纤传感器10，由主光纤传输的光线经分光器20分光后分别连接不同的光纤传感器10，多个光纤传感器10可分别接收不同波长的光信号，不同的光信号经相应的光纤传感器10后分别返回特定的光信号，WDM系统中的接收端对返回的特定光信号可进行解析可获得每个光纤传感器10的振动情况。该WDM系统可同时检测不同声源的振动，因此，可在提高检测能力的同时，降低检测成本。
为提高WDM系统的检测能力，本申请提供一种光纤传感器。图2为一种实施例的光纤传感器的结构示意图，如图2所示，光纤传感器10包括光纤11、尾纤12、光束整形器15、套管13和振膜14。其中，光纤11的一端插入尾纤12中并与尾纤12固定连接，以实现对光纤11的固定。光纤11的另一端作为光束的接口，可接收来自光发射器的光束，并将耦合光束反馈至光接收器等。光纤11的纤芯直径可为5-20μm，进一步地可选择5-15μm。
继续参照图2，尾纤12可为空心圆柱形结构，其空心部分用于插接光纤11。尾纤12的外周面可与套管13的内周面连接，利用套管13实现对尾纤12的固定。其中，尾纤12的插入套管13的一端位于套管13的腔体内部，并与套管13的远离光纤11的端面保持一定的距离。套管13可为圆柱形套管，还可为其他形状的套管，为方便安装，本申请采用圆柱形套管。套管13除用来固定尾纤12外，还可用于固定振膜14。参照图2，振膜14可设于套管13的远离光纤11的一端，在固定振膜14时，振膜14的振动面141需与套管13的轴线垂直，振膜14与套管13的固定的方式在此不做具体的限定，例如可粘结、可利用紧固件压接等。其中，尾纤12和振膜14沿套管13的轴线方向间隔设置，且两者分别在套管13的两侧封堵套管13的开口，使尾纤12和振膜14之间的腔体成为一个容纳腔。光束整形器15可设于该容纳腔内。其中，可以理解的是，振膜14上可设置通孔，以使振膜14两侧在不同温度下能够保持气压的平衡。
继续参照图2，光束整形器15的一端可与尾纤12连接，例如可用粘结剂16粘结在尾纤12的端面。其中，粘结剂16可为胶水，胶水的折射率需与光束整形器的折射率匹配，以降低光束在该连接处的反射。
插设于尾纤12内的光纤11与光束整形器15的第一端面151连接，例如光束整形器15的第一端面151可与光纤11熔接，以使光纤11中的光信号传输至光束整形器15中，减少光损。光束整形器15用于和光纤11连接的第一端面151可为斜面或平面，在此不做具体的限定。光束整形器15的第二端面152，位于远离光纤11的一端，为自由端，即第二端面152在结构上不与其他构件相互连接。其中，第二端面152为平面且与振膜14的振动面141在光束整形器15的光轴方向相对且间隔设置，在一种实施例中，第二端面152可与振膜14的振动面141平行，如第二端面152和振动面141均可与光束整形器15的光轴垂直，由此，光束整形器15的第二端面152可与振膜14的振动面141之间形成FP谐振腔。
其中，光束整形器15的第二端面152的光束传输面积大于光纤的光束传输面积，以控制第二端面152的光束发散角在1～5°范围内，进一步地，光束整形器15的第二端面152的光束发散角可为1～3°，作为示例性说明，例如可为1°、1.2°、1.5°、1.7°、2.0°、2.2°、2.5°、2.7°、3°、3.2°、3.5°、3.7°、4°、4.2°、4.5°、4.7°、4.8°或5°，或以上所列数值中的其他中间数值均在本申请限定的范围内。
可以理解的是，光纤11、尾纤12、套管13和光束整形器15可共轴线设置。
其中，需要说明的是，光束整形器15除可通过粘结剂16粘结在尾纤12的端面外，还可封装在尾纤12的内部。图3为另一种实施例的光纤传感器的结构示意图，如图3所示，光束整形器15可装配于尾纤12的内部，光束整形器15可在尾纤12的内部与光纤11连接，例如可光束整形器15可与光纤11熔接。其中，光束整形器15的靠近振膜14一侧的端面可与尾纤12的端面共平面设置。图3所示结构中的其他部件的连接关系可参照对于图2的说明，在此不再重复赘述。
在一种可选的实施例中，光束整形器15可为扩束光纤或光学透镜。
当光束整形器15为扩束光纤时，可在光束整形器15的面向振膜14的端面设置第一光学膜，第一光学膜的反射率可为5～80％，进一步地，第一光学膜的反射率可为5～20％。利用光束整形器15可提高光束经振膜14反射回光纤的耦合效率，通过在光束整形器15的端面增镀第一光学膜的方式可降低光纤传感器的插入损耗。
当光束整形器15为光学透镜，例如为渐变折射率透镜时，可在光束整形器15的面向振膜14的端面设置反射率为5～80％的第一光学膜，进一步地，第一光学膜的反射率可为20～50％。其中，渐变折射率透镜可为圆柱形，其中心的折射率最高，随着半径增大逐渐减小，折射率的具体分布与透镜型号相关，可以用来减小光束发散角。
在一种可选的实施例中，振膜14的面向光束整形器15的表面设有第二光学膜，第二光学膜的反射率可≥95％。可以理解的是，第二光学膜可根据第一光学膜的反射率进行设置，以使自第一光学膜反射回光纤的能量与自第二光学膜反射回光纤的能量相接近。通过设置第二光学膜，可降低反射光的功率损耗。其中，第二光学膜的直径为D1应大于光束整形器照射于第二光学膜的光斑的4σ直径为D2，以减少光损耗。
本申请实施例的光纤传感器，光束整形器15的第二端面152与振膜14的振动面141之间的距离可在＞80μm的范围调节，在一些实施例中，光束整形器15的第二端面与振膜14之间的距离可达到400～1000μm。
下面参照图2，对本申请实施例的光纤传感器的工作原理做简单说明。如图2所示，激光光束经过光纤11，到达光束整形器件15。到达光束整形器15的光线一部分经过光束整形器15的第二端面152反射回光纤11，另一部分从光束整形器15透射到达振膜14，经过振膜14的振动面141反射后耦合回光纤11发生干涉。光束整形器15的第二端面152与振膜14的振动面141之间构成了FP谐振腔。振膜14受到外力发生振动后会导致FP谐振腔的腔长发生变化，使经过振膜14反射回的光线光程发生变化，因此干涉条纹发生变化，通过检测干涉条纹，实现振动检测。其中，振膜14的有效反射面直径可大于光束整形器15照射于振膜的光斑的4σ直径，以减少光损。
图4为一种实施例的振膜调制光强示意图，图4中左侧波形为光纤中的入射光束波形图，图4中右侧波形为经过振膜反射后所得耦合光的光束波形图。如图4所示，当振膜发生振动使振膜产生位移时，其能够对入射光进行调制，因此可实现对声波的检测。
下面将结合具体结构实施例的光线传感器对其性能做进一步详细说明。
一种实施例的光纤传感器的结构参照图2，该实施例中，光束整形器15为扩束光纤。其中，光纤11的纤芯直径约为10μm，扩束光纤的纤芯直径约为20μm，扩束光纤的光束发散角为2～3°，将扩束光纤与光纤熔接，并封装成尾纤12。扩束光纤的第二端面152增镀反射率为13％的第一光学膜，振膜14的表面增镀反射率为大于95％的金属膜作为第二光学膜。该结构的光纤传感器，其扩束光纤的第二端面152与振膜14的振动面141之间的间距，即FP谐振腔的腔长可达500μm。
测试该结构的该实施例的光纤传感器在具有不同腔长下的耦合效率，测试谱图如图5所示，当腔长L为500μm时，该实施例结构的光纤传感器的耦合效率可达12％。相对于传统不设置光束整形器的光纤传感器的耦合效率(在腔长为500μm时耦合效率仅为0.67％)而言，耦合效率有明显提升。由上述测试可知，本申请实施例的光纤传感器，通过设置光束整形器，光束自光纤传输至光束整形器后，模斑尺寸变大，发散角变小，进而可提高光束经过振膜反射后到达光纤的耦合效率。
图6为上述结构的光纤传感器在振动时获得的干涉光谱图，如图6所示，当光纤传感器的振膜发生振动使其腔长发生变化时，在其腔长分别对应499.8μm、500μm、500.2μm的位置下获得的干涉光谱可知，当振膜发生振动，不同尺寸的腔长可反馈不同波长的光信号，由此可知，该结构的光纤传感器可实现振动传感功能。同时，参照图6，本申请实施例的FP谐振腔的波长分辨率为可达3nm以下，可满足WDM系统的多路传输功能。
图7为上述结构的光纤传感器在不同腔长下干涉光谱的对比度曲线图，如图7所示，本申请实施例的干涉光谱的对比度可达35dB，插入损耗可降低至5dB。
综上，本申请实施例的光纤传感器，通过设置光束发散角为1～5°的光束整形器件，可提高光束经振膜反射回光纤的耦合效率，使腔长可以在>80μm的范围内灵活调节，具体可在400～600μm内调节，以获得具有高波长分辨率的FP谐振腔，使具有该FP谐振腔的光纤传感器能够应用于WDM系统中。另外，本申请的光线传感器，通过对光束整形器件的表面增镀第一光学膜，可降低插入损耗，提高光耦合效率。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光纤传感器，其特征在于，包括光纤、尾纤、光束整形器、套管和振膜，所述光纤的一端插设于所述尾纤内并与所述尾纤固定连接，所述尾纤插设于所述套管内且与所述套管固定连接；
所述光束整形器的第一端面与所述光纤连接，所述光束整形器的第二端面设于远离所述光纤的一端，且所述第二端面与所述振膜的振动面在所述光束整形器的光轴方向相对且间隔设置；
所述光束整形器的第二端面的光束传输面积大于所述光纤的光束传输面积，且所述光束整形器的第二端面的光束发散角为1～5°。
2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述光束整形器的光束发散角为1～3°。
3.根据权利要求1或2所述的光纤传感器，其特征在于，所述光束整形器的面向所述振膜的端面设有第一光学膜，所述第一光学膜的反射率为5～80％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光纤传感器，其特征在于，所述振膜的面向所述光束整形器的表面设有第二光学膜，所述第二光学膜的反射率≥95％。
5.根据权利要求4所述的光纤传感器，其特征在于，所述第二光学膜的直径为D1，所述光束整形器照射于所述第二光学膜的光斑的4σ直径为D2，所述D1大于所述D2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光纤传感器，其特征在于，所述光束整形器设于所述尾纤的内部与所述光纤连接。
7.根据权利要求1-5任一项所述的光纤传感器，其特征在于，所述光束整形器设于所述尾纤的端面并与所述光纤连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的光纤传感器，其特征在于，所述光束整形器包括扩束光纤或光学透镜。
9.根据权利要求1-8任一项所述的光纤传感器，其特征在于，所述光束整形器的第二端面与所述振膜之间的距离为400～1000μm。
10.一种检测设备，其特征在于，包括检测模块和如权利要求1-9任一项所述的光纤传感器，所述光纤与所述检测模块连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280173A (en) * 1992-01-31 1994-01-18 Brown University Research Foundation Electric and electromagnetic field sensing system including an optical transducer
CN1490598A (zh) * 2002-10-14 2004-04-21 上海乐通光通信有限公司 光纤传感器
US8559770B2 (en) * 2005-03-02 2013-10-15 Fiso Technologies Inc. Fabry-perot optical sensor and method of manufacturing the same
US20060274323A1 (en) * 2005-03-16 2006-12-07 Gibler William N High intensity fabry-perot sensor
JP5819394B2 (ja) * 2010-03-15 2015-11-24 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー 光ファイバ適合音響センサ
CN103528665A (zh) * 2013-09-29 2014-01-22 中国电子科技集团公司第二十七研究所 一种新型法布里-帕罗干涉型mems声波传感器
CN104596435B (zh) * 2014-12-04 2017-09-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种基于mems工艺的腔长可调光纤f‑p应变计及成型方法
CN105241541B (zh) * 2015-10-22 2018-02-13 哈尔滨工业大学 一种基于光纤布拉格光栅的膜片式高精细度法布里‑珀罗光纤声压传感器
CN105242067B (zh) * 2015-10-22 2018-02-13 哈尔滨工业大学 一种基于光纤布拉格光栅的膜片式高精细度法布里‑珀罗光纤加速度传感器
CN109374109B (zh) * 2018-09-01 2020-09-25 哈尔滨工程大学 一种共光路结构的微型光纤非本征型迈克尔逊声压传感器
CN214407857U (zh) * 2020-11-27 2021-10-15 广州民航职业技术学院 光纤压力传感器及压力检测设备

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