CN213301257U - 一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器。属于传感技术领域，包括两个单模光纤、空心光纤、空气泡结构、凸形锥结构、宽带光源、光谱仪及温控箱。本实用新型通过将一段空心光纤熔接至一个空气泡和一个凸形锥之间形成法布里‑珀罗和马赫‑曾德尔干涉混合结构，并用于横向负载、曲率和温度三参数传感。这种多参数传感器在制作上简单易实现，结构紧凑，成本低，而且可以解决多参数测量过程中的串扰问题，有利于实际应用。

Description

一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器

技术领域

本实用新型涉及传感技术领域，尤其涉及一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器。

背景技术

基于光纤传感器的多参数测量由于其灵敏度高、结构紧凑、抗电磁干扰、潜在的低成本、多路复用等优点，已在折射率、应变、温度、曲率等方面得到了广泛的应用。

目前已报道的多参数测量光纤传感器多是双参数测量，比如基于双腔法布里-珀罗干涉仪实现应变和温度双参数测量；基于双腔法布里-珀罗干涉仪实现温度非灵敏的横向压力和应变同时测量；基于蓝宝石光纤布拉格光栅实现高温和应变同时测量；基于光纤法布里-珀罗和马赫-曾德尔混合结构实现横向压力和折射率双参数测量等。也有少数关于三参数测量的光纤传感器的报道，比如基于倾斜光纤布拉格光栅的三参数光纤传感器，用于测量折射率、应变和温度；基于双芯和侧孔光纤的光纤迈克尔逊干涉仪，用于弯曲、应变和温度测量；基于干涉仪和布拉格光栅的光纤传感器，用于温度、应变和超声波检测等。

可以发现，在这些已经报道的用于三参数测量的光纤传感器要么用到光纤布拉格光栅，要么要用到特种光纤或是特殊结构，这都大大增加了光纤传感器的成本与复杂度。光纤马赫-曾德尔干涉仪传感器由于制作简单、稳定性好、结构紧凑和灵敏度高等优点，发展非常迅速，已经应用在温度、折射率、应变和曲率等多参数传感领域。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器；采取了一种在一个空气泡结构和一个凸形锥结构之间熔接一段空心光纤而制成法布里-珀罗和马赫-曾德尔干涉混合结构，实现了横向负载、曲率和温度三参数传感；这种传感器结构紧凑，成本低，制作过程简单，而且可以解决多参数测量过程中的串扰问题，有利于实际应用。

本实用新型的技术方案是：一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器；包括左、右两个通过熔接连接的端面平整的单模光纤，在两个所述单模光纤之间安置有空心光纤；

在所述左侧的单模光纤与空心光纤之间设有空气泡结构；

在所述右侧的单模光纤与空心光纤之间设有凸形锥结构。

进一步的，所述空心光纤的长度为11mm。

进一步的，在两个所述单模光纤分别连接有宽带光源及光谱仪。

进一步的，在所述空气泡结构、空心光纤及凸形锥结构的外部安设有温控箱。

进一步的，在所述温控箱的内部安设有传感器头。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过将一段空心光纤熔接至一个空气泡和一个凸形锥之间形成法布里-珀罗和马赫-曾德尔干涉混合结构，并用于横向负载、曲率和温度三参数传感。这种多参数传感器在制作上简单易实现，结构紧凑，成本低，而且可以解决多参数测量过程中的串扰问题，有利于实际应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构流程图；

图2是本实用新型在工业显微镜下的混合结构示意图；

图3是本实用新型实施例中温度实验装置示意图；

图4是本实用新型实施例中曲率实验装置示意图；

图5是本实用新型实施例中应变传感实验装置示意图；

图中1是单模光纤，2是空气泡结构，3是凸形锥结构，4是空心光纤，5是宽带光源，6是光谱仪，7是温控箱，8是传感器头。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1-2所述；一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器；包括左、右两个通过熔接连接的端面平整的单模光纤1，在两个所述单模光纤1之间安置有空心光纤4；

在所述左侧的单模光纤1与空心光纤4之间设有空气泡结构2；

在所述右侧的单模光纤1与空心光纤4之间设有凸形锥结构3。

进一步的，所述空心光纤4的长度为11mm。

进一步的，在两个所述单模光纤1分别连接有宽带光源5及光谱仪6。

进一步的，在所述空气泡结构2、空心光纤4及凸形锥结构3的外部安设有温控箱7。

进一步的，在所述温控箱7的内部安设有传感器头8。

将两个端面平整的单模光纤(SMF-28)1与一小段空心光纤4熔接连接，在工业显微镜下找到熔接点，并切割200μm长度的空心光纤4；然后将端面平整的空心光纤4末端移至电弧放电处，设置电弧强度为70bit，电弧放电时间为2000ms，得到一个空气泡结构2；接着将另一段端面平整的单模光纤(SMF-28)1的末端移至电弧放电处，设置电弧强度为70bit和电弧放电时间为2000ms，得到一个凸形锥结构3；随后将一段长度为11mm的空心光纤4熔接至空气泡结构2和凸形锥结构3之间；最终得到基于混合结构的三参数测量光纤传感器。

如图3所示；将两个单模光纤(SMF-28)1两端分别与宽带光源(BBS)5和光谱仪(OSA)6连接；测温时，将传感器头8置于分辨率为0.1℃的温度控制箱(TC)7内，将温度从30℃缓慢升高到80℃，步长为10℃。为了避免应力和弯曲的影响，传感器头8被固定，使测温部分处于恒力状态；另外，为了保证波长偏移的透射谱是在稳定的温度环境下记录的，在每个温度点稳定10分钟后记录数据。

如图4所示；将两个单模光纤(SMF-28)1两端分别与宽带光源(BBS)5和光谱仪(OSA)6连接；并将混合结构光纤干涉结构两边的单模光纤1通过光纤钳分别剥离一小段涂覆层，被去除涂覆层的两小段光纤的位置约为18.5cm；然后通过紫外固化胶(UV glue)把去掉涂覆层的其中一小段固定在固定平台上，另一小段则被紫外固化胶固定在移动平台上；固定好结构后，通过移动平台的水平移动使得混合结构光纤干涉仪曲率变化。

横向载荷测量时，将空气泡FPI水平放置在两个平行的玻片之间进行横向载荷测量，如图5所示。重量从0N增加到2.94N，一步增加到0.49N，空气泡反射回来的光被光谱仪接收。

本实用新型创新性提出了将一段空心光纤4熔接至一个空气泡结构2和一个凸形锥结构3之间形成法布里-珀罗和马赫-曾德尔干涉混合结构，空气泡结构2形成一个法布里-珀罗干涉仪，可以实现横向负载的测量；另外，马赫-曾德尔干涉仪的空心光纤4用作反谐振反射光波导，通过解调用于温度感测的马赫-曾德尔干涉仪的透射谱波长偏移和用于曲率感测的ARROW倾角的强度变化，可以实现同时测量曲率和温度。

Claims (5)

1.一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器，其特征在于，包括左、右两个通过熔接连接的端面平整的单模光纤，在两个所述单模光纤之间安置有空心光纤；

在所述左侧的单模光纤与空心光纤之间设有空气泡结构；

在所述右侧的单模光纤与空心光纤之间设有凸形锥结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器，其特征在于，所述空心光纤的长度为11mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器，其特征在于，在两个所述单模光纤分别连接有宽带光源及光谱仪。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器，其特征在于，在所述空气泡结构、空心光纤及凸形锥结构的外部安设有温控箱。

5.根据权利要求4所述的一种基于混合结构的三参数测量光纤传感器，其特征在于，在所述温控箱的内部安设有传感器头。

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