CN218098876U - 一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种基于法布里‑珀罗干涉结构的折射率传感系统。目前基于法布里‑珀罗干涉的折射率传感系统经过不断发展，已引起众多研究者的关注，但是在制备与获取上普遍仍需较为复杂的技术手段。一种基于法布里‑珀罗干涉结构的折射率传感系统，包括依次连接的光源1、导入单模光纤2、环形器3、法布里‑珀罗干涉折射率敏感元件4、导出单模光纤5，检测单元6；法布里‑珀罗干涉折射率敏感元件4包括单模光纤4‑1，第一光纤陶瓷头4‑2，陶瓷插芯4‑3与第二光纤陶瓷头4‑4，两个陶瓷头相向插入陶瓷插芯形成法布里‑珀罗微腔4‑5。本实用新型应用于光纤传感技术领域。

Description

一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统。

背景技术

目前，光纤传感器灵敏度高、抗电磁干扰、易于集成、可适应于其他传感器所不适应的恶劣环境，近年来被广泛用于生物医疗、工业检测和军事科技等领域中。其中，光纤法布里-珀罗干涉仪在进行传感测量时，可将所测的物理量变化转化为干涉光的相位变化，有效提高了响应速度、灵敏度和精确度，且稳定性良好，被大量应用于生物、物理、化学等领域的传感监测。液体折射率是液体的基本物理参数之一，往往和液体的浓度、黏度以及纯度等密切相关，是液体的常用参数指标。通过测定液体的折射率，可以有效地对液体的性能进行评估监测。近年来，基于法布里-珀罗干涉结构的光纤折射率传感器已引起众多研究者的关注，获得结构更加紧凑，制备更加方便，灵敏度与精度更加理想的传感系统已成为研究重点。

目前基于法布里-珀罗干涉的折射率传感系统经过不断发展，在结构和性能上已经有所创新和突破，但在制备与获取上普遍仍需较为复杂的技术手段。

发明内容

本实用新型实施例的目的是提供一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，本实用新型的折射率敏感元件可直接通过两光纤陶瓷头相向插入陶瓷插芯构成，实用新型结构简单，易于制备且实验证明灵敏度较高。

一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，包括：光源、导入单模光纤、环形器、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件、导出单模光纤和检测单元，其特征在于，所述的环形器的三个接口依次与光源、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件和检测单元连接；

所述的法布里-珀罗干涉折射率敏感元件包括单模光纤、陶瓷插芯、第一光纤陶瓷头和第二光纤陶瓷头，所述的单模光纤作为敏感元件的输入端；

所述的第一光纤陶瓷头和第二光纤陶瓷头相向插入陶瓷插芯，两陶瓷插芯之间的微小空隙为法布里-珀罗折射率敏感微腔。

所述的基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，所述的光源为ASE宽带光源。

所述的基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，所述的导入单模光纤与导出单模光纤为型号相同的单模光纤。

所述的基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，所述的检测单元为光谱分析仪。

本实用新型实施例具有如下有益效果：

1.本实用新型利用非金属结构进行传感，具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、质量轻、结构简单、适应性强、应用范围广且可靠性高等优点。

2.本实用新型的传感系统在测量折射率变化时选择导出单模光纤连接光谱分析仪，通过监测传感系统的光谱波长漂移实现对液体折射率的检测，方法简单，变化直观。

3.本实用新型引入法布里-珀罗干涉结构测量液体折射率，且折射率的灵敏度具有较高水平。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2是法布里-珀罗干涉折射率敏感元件的结构示意图。

图2是法布里-珀罗干涉折射率敏感元件的结构示意图。

图3是折射率改变过程中一干涉波谷的波长漂移变化情况示意图。

图中：1、光源，2、导入单模光纤，3、环形器，4、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件，5、导出单模光纤，6、检测单元，4-1、单模光纤，4-2、第一光纤陶瓷头，4-3、陶瓷插芯，4-4、第二光纤陶瓷头，4-5、法布里-珀罗微腔。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同实施例之间可以替换或者合并组合，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。

实施例1：

结合附图1，一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，包括依次连接的光源1、导入单模光纤2、环形器3、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件4、导出单模光纤5，检测单元6；

所述的法布里-珀罗干涉折射率敏感元件4包括单模光纤4-1，第一光纤陶瓷头4-2，陶瓷插芯4-3与第二光纤陶瓷头4-4，所述的两个陶瓷头相向插入陶瓷插芯形成法布里-珀罗微腔4-5。

在本实用新型的一些实施例中，所述的第一光纤陶瓷头4-2与第二光纤陶瓷头4-4的类型相同。

在本实用新型的一些实施例中，所述的光源1为ASE宽带光源。

在本实用新型的一些实施例中，所述的检测单元6为光谱分析仪。

实施例2：

一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统的制备方法，所述的传感系统为上述的传感系统，包括如下步骤：

（1）制备法布里-珀罗干涉折射率敏感元件：将第一光纤陶瓷头4-2，与第二光纤陶瓷头4-4相向插入陶瓷插芯4-3中，在显微镜下观察并调整两个陶瓷头之间形成的微腔大小。根据法布里-珀罗干涉原理，微腔的长度对于检测液体折射率的灵敏度影响不大，但为了获得易于观测的干涉光谱，且需兼顾测量时的折射率响应速度，一般将微腔长度调整至30~200μm。多次实验证明，微腔长度在此范围内时干涉光谱相对清晰且折射率灵敏度响应较快。

（2）依次连接所述的光源1、导入单模光纤2、环形器3、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件4、导出单模光纤5和检测单元6。

一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统的应用，将上述的传感结构应用到折射率敏感度的测量中。

在本实用新型的一些实施例中，折射率敏感度的测量包括如下步骤：

打开光源1，光源1发出的光信号依次经导入单模光纤2、环形器3、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件4、环形器3、导出单模光纤5和检测单元6，改变所述的敏感元件所处的折射率环境，得到不同折射率下的光谱图。

所构成的法布里-珀罗干涉微腔的长度在30μm至200μm范围内；为使干涉结构适应晃动、非静止等工作环境，可在确定腔长后用紫外胶对陶瓷头与陶瓷插芯的连接处进行固定，使传感元件更坚固。利用液体易于进入开放的微腔这一特点，完成对液体的折射率的测量。

光源发出的光由导入单模光纤2传输至环形器3的输入端口，再由此进入法布里-珀罗干涉结构，经陶瓷头的两个端面发生反射，由于反射回纤芯的光满足干涉条件，所以环形器的输出端口将输出两束干涉光，最后由导出单模光纤5传输至检测单元6，即光谱分析仪上显示法布里-珀罗干涉结构产生的光谱。

当腔内介质的折射率变化时，会影响光在腔内的传输速度，进而影响两束干涉光的相位差。这会导致显示在光谱分析仪上的干涉光谱发生红移，实验通过持续追踪光谱中一波谷（波峰）的漂移量，完成对液体折射率变化的检测。

实施例3：

对本例折射率传感系统特性进行试验分析包括如下步骤：

将法布里-珀罗干涉折射率敏感元件置于盛有蒸馏水的烧杯中，实验选取1.333~1.348为折射率改变范围，以0.0005的折射率变化为步长，逐渐向蒸馏水中加入NaCl，用玻璃棒充分搅拌后，待NaCl完全溶于水且光谱仪检测到的光谱稳定后记录光谱图像，选取光谱一干涉谷进行追踪，折射率改变过程中一干涉波谷的波长漂移变化情况如图3所示。

以折射率变化为横轴，干涉波谷的波长变化为纵轴，绘制折射率改变过程的折射率响应特性曲线。结合附图3的拟合曲线可知，在1.333~1.348之间，折射率与波长变化的曲线有着良好的线性关系，线性度可达0.999，且折射率灵敏度约为1413.88.nm/RIU。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，包括：光源、导入单模光纤、环形器、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件、导出单模光纤和检测单元，其特征在于，所述的环形器的三个接口依次与光源、法布里-珀罗干涉折射率敏感元件和检测单元连接；

所述的法布里-珀罗干涉折射率敏感元件包括单模光纤、陶瓷插芯、第一光纤陶瓷头和第二光纤陶瓷头，所述的单模光纤作为敏感元件的输入端；

所述的第一光纤陶瓷头和第二光纤陶瓷头相向插入陶瓷插芯，两陶瓷插芯之间的微小空隙为法布里-珀罗折射率敏感微腔。

2.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，其特征在于，所述的光源为ASE宽带光源。

3.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，其特征在于，所述的导入单模光纤与导出单模光纤为型号相同的单模光纤。

4.根据权利要求1所述的基于法布里-珀罗干涉结构的折射率传感系统，其特征在于，所述的检测单元为光谱分析仪。

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