CN206648950U - 基于sns错位光纤结合frm测量液体浓度的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，其中4cm长的无心光纤熔接在第一单模光纤和第二单模光纤之间，该无芯光纤设置于盛有待测液体的容器内，无芯光纤的两端分别密封横穿容器后与第一单模光纤和第二单模光纤熔接，第一单模光纤的另一端与环形器的蓝色端口熔接，环形器的红色端口与1550nm激光器相连接，环形器的白色端口与光谱分析仪相连接，第二单模光纤的另一端与第三单模光纤错位熔接，第三单模光纤的另一端与法拉第旋镜相连接。本实用新型结构简单，成本较低，实用性强，有望在浓度传感器领域得到广泛应用。
Description
技术领域
本实用新型属于液体浓度测量装置技术领域，具体涉及一种基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置。
背景技术
近年来基于多模干涉和自映像效应的传感器为光纤传感领域注入了新的活力与生机，但也存在许多亟待解决的问题。由于输出信号会受到光纤传输损耗、接续损耗、光纤震动、多重外界环境等影响，将严重引起光信号衰减的无规律性。液体浓度的准确测量在生物和医学等领域有重要意义，基于光纤布拉格光栅、长周期光栅、光纤微腔、表面等离子体共振、金属狭缝阵列等结构的光纤传感器在这些领域已经得到逐步应用，但也有不足之处，如对光源、光纤的性能要求严格、传感结构和信号处理系统复杂等诸多因素；另外，由于干涉的复杂性，传感器探测到的信号很微弱，精度低，稳定性差，所有这些导致成本增加且对浓度传感系统的研究没有保障。
发明内容
本实用新型为解决上述基于干涉理论对光纤浓度传感系统研究稳定性差、精度低、成本高等问题，提供了一种基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，该装置通过分析不同液体浓度下输出的相应激光波长的偏移来研究浓度传感系统的性能，有效提高了传感器输出的灵敏度、稳定性和分辨率。
本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，其特征在于包括1550nm激光器、环形器、第一单模光纤、无芯光纤、容器、第二单模光纤、第三单模光纤、法拉第旋镜和光谱分析仪，其中4cm长的无心光纤熔接在第一单模光纤和第二单模光纤之间，该无芯光纤设置于盛有待测液体的容器内，无芯光纤的两端分别密封横穿容器后与第一单模光纤和第二单模光纤熔接，第一单模光纤的另一端与环形器的蓝色端口熔接，环形器的红色端口与1550nm激光器相连接，环形器的白色端口与光谱分析仪相连接，第二单模光纤的另一端与第三单模光纤错位熔接，第三单模光纤的另一端与法拉第旋镜相连接。
进一步优选，所述的第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤的直径均为125μm，其芯层和包层的直径分别为9.2μm和125μm，所述的无芯光纤的直径为125μm。
进一步优选，所述的第二单模光纤与第三单模光纤的错位量为3μm。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本实用新型提出的是一种基于一端光纤错位单模-无芯-单模结构结合法拉第旋镜的浓度传感器，有效改善了目前传感器输出灵敏度低、稳定性差且分辨率低的问题；
2、本实用新型在1.3-1.4的折射率范围内灵敏度约为170.32nm/RIU，并且结构简单，成本较低，实用性强，有望在浓度传感器领域得到广泛应用。
附图说明
图1是本实用新型的光路连接图。
图中：1、1550nm激光器，2、环形器，3、第一单模光纤，4、容器，5、无芯光纤，6、第二单模光纤，7、第三单模光纤，8、法拉第旋镜，9、光谱分析仪。
具体实施方式
结合附图详细描述本实用新型的具体内容。如图1所示，基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，包括1550nm激光器1、环形器2、第一单模光纤3、无芯光纤5、容器4、第二单模光纤6、第三单模光纤7、法拉第旋镜8和光谱分析仪9，其中4cm长的无心光纤5熔接在第一单模光纤3和第二单模光纤6之间，该无芯光纤5设置于盛有待测液体的容器4内，无芯光纤5的两端分别密封横穿容器4后与第一单模光纤3和第二单模光纤6熔接，第一单模光纤3的另一端与环形器2的蓝色端口熔接，环形器2的红色端口与1550nm激光器1相连接，环形器2的白色端口与光谱分析仪9相连接，第二单模光纤6的另一端与第三单模光纤7错位熔接，第三单模光纤7的另一端与法拉第旋镜8相连接。
本实用新型基于光的干涉理论，将一段长度L约为4cm的无芯光纤熔接在第一单模光纤和第二单模光纤之间，然后将第二单模光纤和第三单模光纤进行错位熔接，错位量D为3mm，第三单模光纤的另一端与法拉第旋镜相熔接，第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤的直径均为125μm，其芯层和包层的直径分别为9.2μm和125μm，无芯光纤的直径为125μm。无芯光纤作为传感器头安放在塑料板上，由一个中心波长为1550nm的宽带源发出的光束通过环形器蓝色端口导入纤维传送到传感器头，经法拉第旋镜反射的光从环形器的白色端口导出纤维提取出来后输入到光谱分析仪中。传感器头固定在塑料板被放置在一个玻璃容器的待测溶液中，用耐热胶带固定，用滴管加水的方法对溶液进行稀释，稀释过程中溶液浓度变化范围为50%到27%，每次加水量为1mL，对于每次浓度的变化都可以从光谱仪上记录下相应的参数。
当光信号经过环形器从单模光纤（SMF1）进入无芯光纤（NCF），此时由于模场的不匹配，在NCF里会激发一系列的高阶本征模LPnm。如果SMF1和NCF无偏心对接，则只有对称模式LP0m被有效的激发；同样当光信号沿着NCF的轴线进入SMF2时，只有NCF中的LP0m能够把能量传递到SMF2中。因此，NCF的外部被测介质可被视为无芯光纤的包层，当NCF外部介质的折射率比无芯光纤的折射率低时，SNS结构可以等效视为是由NCF的LP0m模式形成的MMI。
NCF也被用来作为一个光路分束器。来自NCF的光信号被分为两部分，一部分进入SMF2的纤芯形成纤芯模，另一部分进入包层传输形成包层模。当两路信号在SMF2传输一段距离到错位熔接点时，错位熔接点作为光束合成器，纤芯模和包层模在此耦合进入同一根光纤SMF3中。由于两种模式的折射率不同而导致光程差的差异使得光束在SMF3的纤芯里发生干涉现象，光路中产生的干涉谱会随着无芯光纤溶液浓度的变化而偏移。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。
Claims (3)
1.基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，其特征在于包括1550nm激光器、环形器、第一单模光纤、无芯光纤、容器、第二单模光纤、第三单模光纤、法拉第旋镜和光谱分析仪，其中4cm长的无芯光纤熔接在第一单模光纤和第二单模光纤之间，该无芯光纤设置于盛有待测液体的容器内，无芯光纤的两端分别密封横穿容器后与第一单模光纤和第二单模光纤熔接，第一单模光纤的另一端与环形器的蓝色端口熔接，环形器的红色端口与1550nm激光器相连接，环形器的白色端口与光谱分析仪相连接，第二单模光纤的另一端与第三单模光纤错位熔接，第三单模光纤的另一端与法拉第旋镜相连接。
2.根据权利要求1所述的基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，其特征在于：所述的第一单模光纤、第二单模光纤和第三单模光纤的直径均为125μm，其芯层和包层的直径分别为9.2μm和125μm，所述的无芯光纤的直径为125μm。
3.根据权利要求1所述的基于SNS错位光纤结合FRM测量液体浓度的装置，其特征在于：所述的第二单模光纤与第三单模光纤的错位量为3μm。
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|---|---|---|---|---|
| CN110068551A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-07-30 | 中国计量大学 | 一种对称级联结构光纤spr检测器 |
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