CN206974565U - 一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器 - Google Patents
一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，包括单模光纤、光子晶体光纤、乙醇液体、甘油液体。本实用新型属于光纤传感领域。光子晶体光纤包层中排列着规则正六边形的空气孔，光被限制在折射率较高的纤芯区域传播。当某个空气孔被某种液体填充时，会形成圆柱形液体波导。在光子晶体光纤中选取两个空气孔分别填充乙醇液体和甘油液体时，两条液体波导各自和纤芯耦合，可以得到两个液体波导和纤芯耦合的波长。通过监测这两个耦合波长的移动，可经计算得到温度和应力的变化。该传感器能够实现同时测量温度和应力，测量精度高，抗电磁干扰，使用安全性高，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感领域，特指一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器。
背景技术
温度和应力的同时检测在新型飞机，航天飞行器等一些结构设计中，以及桥梁、建筑与水利工程等安全检测中都有着相当重要的作用。随着光纤传感技术的发展，越来越多的光纤传感装置应用于电磁干扰，强腐蚀性的恶劣环境，光纤传感器有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆以及成本低等优点。
如果在进行温度测量的时候想要对应力进行同时测量，如何消除两者交叉敏感问题一直是传感领域的一项重要工作。
实用新型内容
为克服上述问题，本实用新型提出一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，该传感能够同时测量环境温度的变化以及所受的应力的变化，并且灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆以及成本低。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，包括单模光纤，光子晶体光纤，乙醇液体，甘油液体，所述单模光纤熔接在光子晶体光纤两端形成双参数传感器，所述光子晶体光纤中选取两个空气孔分别填充乙醇液体和甘油液体，两空气孔关于光子晶体光纤中心对称且相隔两个空气孔。两条液体波导各自和纤芯耦合，可以得到两个液体波导和纤芯耦合的波长。通过监测这两个耦合波长的移动，便可以计算得到温度和应力两个参数的变化。
本实用新型所述的单模光纤的包层直径为125μm，内芯直径为8.4μm。
本实用新型所述的光子晶体光纤为NKT公司生产的LMA-10单模光子晶体光纤。
本实用新型所述的乙醇液体在25℃时折射率为1.4925。
本实用新型所述的甘油液体在25℃时折射率为1.4694。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型的传感器能够同时测量环境温度的变化以及所受的应力的变化。
2.本实用新型的选择填充光子晶体光纤，抗电磁干扰，适应于腐蚀等恶劣的测量环境。
3.本实用新型的传感器应变响应灵敏度和温度响应灵敏度高。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器的结构示意图。
图中(1)单模光纤，(2)光子晶体光纤，(3)乙醇液体，(4)甘油液体。
图2和图3是本实用新型一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器的仿真数据拟合函数图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不只用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
本实用新型能够同时测量环境温度的变化以及所受的应力的变化。
图1所示的一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，其结构特点在于：包括单模光纤(1)，光子晶体光纤(2)，乙醇液体(3)，甘油液体(4)；所述单模光纤(1)熔接在光子晶体光纤两端形成双参数传感器，所述光子晶体光纤(2)中选取两个空气孔分别填充乙醇液体和甘油液体，两空气孔关于光子晶体光纤中心对称且相隔两个空气孔。
所述单模光纤(1)的包层直径为125μm，内芯直径为8.4μm。
所述光子晶体光纤(2)为NKT公司生产的LMA-10单模光子晶体光纤。
所述乙醇液体(3)在25℃时折射率为1.4925。
所述甘油液体(4)在25℃时折射率为1.4694。
本实用新型一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器的原理是：光子晶体光纤包层中排列着规则正六边形的空气孔，光被限制在折射率较高的纤芯区域传播。当某个空气孔被某种液体填充时，会形成圆柱形液体波导，其中光子晶体光纤的纤芯与该液芯相互平行，当它们距离较近时会互相影响，两条波导中的导模相互耦合，两条波导的能量会进行周期性交换，输出光谱信号表现为耦合波长的损耗峰。如上所述，在光子晶体光纤中选取两个空气孔分别填充乙醇液体和甘油液体时，两条液体波导各自和纤芯耦合，可以得到两个液体波导和纤芯耦合的波长。通过监测这两个耦合波长的移动，可经计算得到温度和应力的变化，即可实现该器件对周围环境温度和应力传感的应用。该传感器能够同时测量环境温度的变化以及所受的应力的变化。
本实用新型一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器的具体实现方法：主要以不同热光系数的液体作为研究对象，利用Comsol多物理场仿真软件，建立模型后，分别填充乙醇液体和甘油液体，其中乙醇液体在25℃时折射率为1.4925，热光系数为4.03×10-41/℃。甘油液体在25℃时折射率为1.4694，热光系数为2.9×10-41/℃。分别对两种液体进行填充后，改变温度，通过仿真得到有效折射率对应的耦合波长。设填充的乙醇液体液芯高阶模和纤芯基模耦合得到的耦合波长为λA，填充甘油液体液芯高阶模和纤芯基模耦合得到的耦合波长为λB。拟合得到两种液体填充下各自的温度和耦合波长之间的关系如图2所示。同理保持温度为25℃不变，改变轴向应力，通过仿真和拟合得到两种液体填充下各自的应变和耦合波长之间的关系如图3所示。
乙醇波导与纤芯耦合条件下，耦合波长和温度的关系式为λA＝-7.31818T+1802.31818，其温度响应灵敏度为-7.3182nm/℃，耦合波长和应变的关系式为λA＝-0.0046ε+1622.09091，其应变响应灵敏度为-0.0046nm/με。甘油波导与纤芯耦合条件下，耦合波长和温度的关系式为λB＝-7.68182T+1370.22727，其温度响应灵敏度为-7.6818nm/℃，耦合波长和应变的关系式为λB＝-0.0075ε+1194.68182，其应变响应灵敏度为-0.0075nm/με。
基于以上特性，在温度的变化量ΔT以及应力的变化量Δε作用下，会使得两个耦合波长漂移，漂移量分别为ΔλA和ΔλB，则根据上述仿真得到的数据，便可以通过计算得到ΔλA＝-7.3182ΔT+0.0046Δε，ΔλB＝-7.6818ΔT+0.0075Δε。建立矩阵方程如下
进行矩阵变换以后得到
即通过耦合波长的漂移量来测量温度和应力的改变量，达到温度和应力双参数测量的效果。
Claims (5)
1.一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，其特征在于：该基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器包括单模光纤(1)，光子晶体光纤(2)，乙醇液体(3)，甘油液体(4)，所述单模光纤(1)熔接在光子晶体光纤两端形成双参数传感器，所述光子晶体光纤(2)中选取两个空气孔分别填充乙醇液体和甘油液体，两空气孔关于光子晶体光纤中心对称且相隔两个空气孔，两条液体波导各自和纤芯耦合，可以得到两个液体波导和纤芯耦合的波长，通过监测这两个耦合波长的移动，便可以计算得到温度和应力两个参数的变化。
2.根据权利要求1所述的一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，其特征在于，所述单模光纤(1)的包层直径为125μm，内芯直径为8.4μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，其特征在于，所述光子晶体光纤(2)为NKT公司生产的LMA-10单模光子晶体光纤。
4.根据权利要求1所述的一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，其特征在于，所述乙醇液体(3)在25℃时折射率为1.4925。
5.根据权利要求1所述的一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器，其特征在于，所述甘油液体(4)在25℃时折射率为1.4694。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108562386A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-21 | 中国矿业大学 | 一种温度补偿的光子晶体光纤横向应力传感器 |
| CN108802468A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-13 | 南京邮电大学 | 光子晶体光纤电磁双参量传感器 |
| CN109596206A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-09 | 武汉理工大学 | 基于液体填充光子晶体光纤的振动传感器 |
| CN110296778A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-10-01 | 华中科技大学 | 一种无源压力传感纤维及其制备方法 |
| CN113138035A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-20 | 东北大学 | 基于光纤色散波的温度传感器及温度测量系统 |
| CN114800472A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种驱动感知一体化的软体执行器 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108802468A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-11-13 | 南京邮电大学 | 光子晶体光纤电磁双参量传感器 |
| CN108562386A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-21 | 中国矿业大学 | 一种温度补偿的光子晶体光纤横向应力传感器 |
| CN108562386B (zh) * | 2018-04-20 | 2020-09-11 | 中国矿业大学 | 一种温度补偿的光子晶体光纤横向应力传感器 |
| CN109596206A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-09 | 武汉理工大学 | 基于液体填充光子晶体光纤的振动传感器 |
| CN110296778A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-10-01 | 华中科技大学 | 一种无源压力传感纤维及其制备方法 |
| CN113138035A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-20 | 东北大学 | 基于光纤色散波的温度传感器及温度测量系统 |
| CN114800472A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种驱动感知一体化的软体执行器 |
| CN114800472B (zh) * | 2022-05-24 | 2023-08-04 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种驱动感知一体化的软体执行器 |
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