CN204630604U - 一种sms型并联多路复用光纤传感器 - Google Patents

一种sms型并联多路复用光纤传感器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种SMS型并联多路复用光纤传感器，它是将多根多模光纤长度不同的“单模-多模-单模”三段式结构的光纤干涉仪分别与光纤耦合器连接形成并联结构，利用多路复用的特性，可以对多个物理参量如温度，应力等同时进行测量。本实用新型制备简单，成本低，且可以对多个参量在互不干扰的前提下进行同时测量。

Description

一种SMS型并联多路复用光纤传感器
技术领域
本实用新型涉及一种光纤传感器，尤其是一种SMS型并联多路复用光纤传感器。
背景技术
光纤传感器因其抗电磁干扰能力强，体积小，响应速度快，以及能在恶劣环境下工作和方便远程监控遥感测量的优点，而受到广泛研究。
近年来，各种结构和制造技术已被应用于构建不同类型的光纤传感器，如长周期光纤光栅(LPFGs)，布拉格光纤光栅(FBG)，光子晶体光纤干涉仪以及用飞秒激光器制备的各种光纤干涉仪。除了这些需要昂贵的光纤和复杂的制作工艺的结构之外，还有一些低成本的光纤结构，如纤芯直径不匹配光纤结构，花生型光纤结构，单模-细芯-单模光纤结构以及突锥型光纤结构。基于这些光纤结构的光纤传感器在测量温度，应力和折射率等方面具有良好的表现，但是由于它们对于应力，折射率和温度的交叉灵敏度都很高，导致它们的测量精度很低，且不能同时测量多个物理量。
发明内容
为了克服目前光纤传感器存在的制备复杂、交叉灵敏度高等问题，本实用新型提供了一种SMS型并联多路复用光纤传感器，具有制备简单、成本低、灵敏度高和量程大的优点。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：该传感器包括输入光纤耦合器、多个并联的单模-多模-单模光纤干涉仪和输出光纤耦合器，且将多个多模光纤长度不同的单模-多模-单模光纤干涉仪两端分别与输入光纤耦合器，输出光纤耦合器连接形成并联结构的光纤传感器。
所述输入光纤耦合器和输出光纤耦合器为同型号的波导式Y型分支路光纤耦合器。
所述单模-多模-单模光纤干涉仪是将单模光纤、多模光纤、单模光纤依次熔接而成，其中的单模光纤为同类型的通讯单模光纤，其纤芯直径和包层直径分别为8微米和125微米；多模光纤为阶跃型多模光纤，纤芯直径为60-105微米。
本实用新型的具体工作原理是：通过精确地切割多模光纤的长度，使得多模光纤自成像的位置位于多模光纤的切割点处，从单模光纤入射到多模光纤的光在多模光纤中圆对称地激发 偶数模，在多模光纤轴向传播方向上周期性地出现单模光纤耦合输入场的自映像。形成单重自映像的长度L(定义熔接点处长度为0)可近似表示为：其中：p表示自映像的周期数；LT为形成单重自映像的周期长度；nMMF和DMMF分别表示多模光纤纤芯的有效折射率和直径；λ0为光在真空中的波长。单重自映像表现在透射谱中就是一个具有最大光强输出的波峰，当不同多模光纤长度的“单模-多模-单模”结构光纤干涉仪并联在一起时，透射谱中就会出现多个中心波长不同的具有最大光强输出的波峰，当不同外界因素作用在不同多模光纤长度的光纤干涉仪上时，光纤的长度、折射率等发生变化，从而使得多模光纤的自映像点发生漂移，表现在光谱仪上为不同波峰各自的漂移。通过测量外界参量变化时对应的波峰的漂移量，就能解调出外界参量的信息。
本实用新型的有益效果是：该光纤传感器制备简单，成本低，测量量程大，灵敏度高，且可在互不干扰的情况下，同时测量多个物理参量。
附图说明
图1是“单模-多模-单模”三段式结构的光纤干涉仪结构示意图。
图2是光纤传感器测试系统示意图。
图3是光纤传感器测量应力的透射光谱示意图。
图4是光纤传感器同时测量温度和应力的透射光谱示意图。图中，1单模光纤，2多模光纤，3第一光纤干涉仪，4第二光纤干涉仪，5宽带光源，6输入光纤耦合器，7输出光纤耦合器，8光纤光谱仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地说明：
如附图1所示，所述的“单模-多模-单模”三段式结构的第一光纤干涉仪3包括单模光纤1和多模光纤2，其制备流程为：量取芯径为105微米、长度为74毫米的多模光纤，用光纤切割刀精确切割，将单模光纤，多模光纤和单模光纤依次熔接在一起，形成三明治结构。量取中间多模光纤的长度为74.5微米，以同样方法可制备第二光纤干涉仪4。
如附图2所示，将已制备的第一光纤干涉仪3和第二光纤干涉仪4分别与输入光纤耦合器6、输出光纤耦合器7相连接，形成并联结构，再将输入光纤耦合器6、输出光纤耦合器7分别与宽带光源5、光纤光谱仪8相连接即可组成所述的光纤传感器测试系统。
实施例一
参照图2
将第一光纤干涉仪3固定于可移动平台上，第二光纤干涉仪4固定于光学平台上。调节可移动平台，从而对第一光纤干涉仪3施加可变的纵向应力。如附图3所示，由于第一光纤干涉仪3和第二光纤干涉仪4中多模光纤的长度不同，它们的单重自映像即为图中两个具有最大光强输出的波峰，当外界应力改变时，第一光纤干涉仪3的自映像点发生漂移，从而光谱仪上属于第一光纤干涉仪3的波峰发生漂移，而第二光纤干涉仪4由于被固定在光学平台上，其自映像点未发生漂移，故属于第二光纤干涉仪4的波峰也未发生漂移，从图3中可以发现，本光纤传感器测试系统在各光纤干涉仪互不干扰的情况下，可实现多路传感复用。
实施例二
参照图2
将第一光纤干涉仪3固定于可移动平台上，第二光纤干涉仪4固定于温度场中。调节可移动平台，对第一光纤干涉仪3施加可变的纵向应力，同时，改变温度场中的温度，使得第二光纤干涉仪4周围环境温度发生改变。由图4可知，当外界应力改变时，第一光纤干涉仪3的自映像点发生漂移，从而光谱仪上属于第一光纤干涉仪3的波峰发生漂移；而当周围环境温度改变时，第二光纤干涉仪4的波峰也会发生漂移。但从图4中可以发现，由于所述光纤干涉仪的应力灵敏度和温度灵敏度不同，从而漂移量也不同，因此本光纤传感器测试系统在各光纤干涉仪互不干扰的情况下，可实现多路传感复用。
在应用时，可先对所述光纤干涉仪进行定标，将定标过的光纤干涉仪与上述光学器件组成光纤传感器测试系统，分别将不同多模光纤长度的光纤干涉仪置于不同环境下，对不同物理参量进行测量，根据测量得到的透射光谱中特征峰波长值和定标函数关系，即可获知待测物理参量的信息。

Claims (3)

1.一种SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：该传感器包括输入光纤耦合器、多个并联的单模-多模-单模光纤干涉仪和输出光纤耦合器，且将多个多模光纤长度不同的单模-多模-单模光纤干涉仪两端分别与输入光纤耦合器，输出光纤耦合器连接形成并联结构的光纤传感器。
2.根据权利要求1所述的SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：所述输入光纤耦合器和输出光纤耦合器为同型号的波导式Y型分支路光纤耦合器。
3.根据权利要求1所述的SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：单模-多模-单模光纤干涉仪是将单模光纤、多模光纤、单模光纤依次熔接而成，其中的单模光纤为同类型的通讯单模光纤，其纤芯直径和包层直径分别为8微米和125微米；多模光纤为阶跃型多模光纤，纤芯直径为60-105微米。
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