一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器的製造方法
2023-05-08 20:47:41
一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器的製造方法
【專利摘要】一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器，由入射端單模光纖、拉錐光纖、中間段單模光纖、球狀光纖和出射端單模光纖級聯組成，光從入射端單模光纖進入拉錐結構，激發出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖後會發生幹涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖傳輸後存在相位差，該相位差受到熱光係數和熱膨脹係數的影響發生變化，進而使波形改變，通過幹涉波形的漂移量實現物理量的測量。本發明的優點是：該光纖傳感器結構簡單、成本低廉，輸出信號的自由光譜範圍一致，消光比相同，測量範圍大，在國防、工業生產以及民用領域具有很好的應用前景。
【專利說明】一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感領域，特別是一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器及其製作方法。
【背景技術】
[0002]21世紀是信息高速發展的時代，在這個信息量呈爆炸式增長的時代，傳感技術、通信技術和計算機技術是現代信息技術的三大支柱。與其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具有體積小、重量輕、傳輸損耗小、傳輸容量大、測量範圍廣、抗電磁幹擾、耐腐蝕、化學穩定性好、電絕緣性能好、使用壽命長等諸多卓越的性能，在某些特殊領域及惡劣環境中，光纖傳感器更具有著不可替代性。目前已廣泛的應用於溫度、壓力、應變、折射率、濃度、振動、溼度和加速度的傳感中。
[0003]幹涉型光纖傳感器屬於相位調製型光纖傳感器，不但具有光纖傳感器的優點，還具有靈敏度高、動態響應範圍大等優勢。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對上述技術分析，提供了一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器，該光纖傳感器結構簡單且容易製作，該光纖傳感器基於級聯的拉錐結構與球狀結構，光在經過傳感區域時存在纖芯模與包層模的幹涉，根據幹涉谷對外界溫度、曲率等物理量的敏感性，即可實現對外界物理量的測量。
[0005]本發明的技術方案:
一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器，由入射端單模光纖、拉錐光纖、中間段單模光纖、球狀光纖和出射端單模光纖級聯組成，光從入射端單模光纖進入拉錐結構，激發出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖後會發生幹涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖傳輸後存在相位差，該相位差受到熱光係數和熱膨脹係數的影響發生變化，進而使波形改變，通過幹涉波形的漂移量實現物理量的測量。
[0006]所述拉錐光纖的錐區直徑為60 μ m，中間段單模光纖長度為4cm，球狀光纖的直徑為 180 μ m。
[0007]—種所述基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器的製備方法，步驟如下:
1)製作拉錐結構
將單模光纖去掉塗覆層5cm，用酒精擦拭清潔，放置於光纖熔接機內拉錐，光纖端面越過熔接機電極棒4cm，放電量為170bit，放電時間為1350ms，放電後距光纖端面4cm處製得直徑為60 μ m的拉錐結構；
2)製作球狀端面
將步驟I)製得的拉錐光纖放置於熔接機內，使用步進電機控制光纖端面超過電極棒200 μ m，放電量為200bit，放電時間為700ms，放電後光纖端面製得直徑為180 μ m的球狀端面；
3)連接球狀端面
將步驟2)製得的球狀端面和另一根單模光纖放置於熔接機內，球狀端面與單模光纖距離為15 μ m，放電量為85bit，放電時間為1350ms，放電後球狀端面與單模光纖熔接並形成球形光纖，即可製得基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器。
[0008]本發明的優點和有益效果是:
該光纖傳感器結構簡單、成本低廉，輸出信號的自由光譜範圍一致，消光比相同，測量範圍大，在國防、工業生產以及民用領域具有很好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]附圖為該光纖傳感器結構示意圖。
[0010]圖中:1.入射端單模光纖 2.拉錐光纖 3.中間段單模光纖 4.球狀光纖
5.出射端單模光纖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0012]實施例:
一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器，如附圖所示，由入射端單模光纖1、拉錐光纖2、中間段單模光纖3、球狀光纖4和出射端單模光纖5級聯組成，其中拉錐光纖的錐區直徑為60 μ m,中間段單模光纖長度為4cm,球狀光纖的直徑為180 μ m ;光從入射端單模光纖I進入拉錐結構2，激發出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖4後會發生幹涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖3傳輸後存在相位差，該相位差受到熱光係數和熱膨脹係數的影響發生變化，進而使波形改變，通過幹涉波形的漂移量實現物理量的測量。
[0013]該基於拉錐結構與球狀結構的光纖幹涉傳感器的製備方法，步驟如下:
1)製作拉錐結構
將單模光纖去掉塗覆層5cm，用酒精擦拭清潔，放置於光纖熔接機內拉錐，光纖端面越過熔接機電極棒4cm，放電量為170bit，放電時間為1350ms，放電後距光纖端面4cm處製得直徑為60 μ m的拉錐結構；
2)製作球狀端面
將步驟I)製得的拉錐光纖放置於熔接機內，使用步進電機控制光纖端面超過電極棒200 μ m，放電量為200bit，放電時間為700ms，放電後光纖端面製得直徑為180 μ m的球狀端面；
3)連接球狀端面
將步驟2)製得的球狀端面和另一根單模光纖放置於熔接機內，球狀端面與單模光纖距離為15 μ m，放電量為85bit，放電時間為1350ms，放電後球狀端面與單模光纖熔接並形成球形光纖，即可製得基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器。
[0014]該光纖幹涉傳感器用於檢測溫度變化: 在20-600 °C範圍內，溫度升高時，波谷和阻帶帶寬不變，位置向長波方向平移，測量出這個漂移量，即可計算出溫度變化。
【權利要求】
1.一種基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器，其特徵在於:由入射端單模光纖、拉錐光纖、中間段單模光纖、球狀光纖和出射端單模光纖級聯組成，光從入射端單模光纖進入拉錐結構，激發出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖後會發生幹涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖傳輸後存在相位差，該相位差受到熱光係數和熱膨脹係數的影響發生變化，進而使波形改變，通過幹涉波形的漂移量實現物理量的測量。
2.根據權利要求1所述基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器，其特徵在於:所述拉錐光纖的錐區直徑為60 μ m，中間段單模光纖長度為4cm，球狀光纖的直徑為.180 μ m0
3.—種如權利要求1所述基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器的製備方法，其特徵在於步驟如下: 1)製作拉錐結構 將單模光纖去掉塗覆層5cm，用酒精擦拭清潔，放置於光纖熔接機內拉錐，光纖端面越過熔接機電極棒4cm，放電量為170bit，放電時間為1350ms，放電後距光纖端面4cm處製得直徑為60 μ m的拉錐結構； 2)製作球狀端面 將步驟I)製得的拉錐光纖放置於熔接機內，使用步進電機控制光纖端面超過電極棒.200 μ m，放電量為200bit，放電時間為700ms，放電後光纖端面製得直徑為180 μ m的球狀端面； 3)連接球狀端面 將步驟2)製得的球狀端面和另一根單模光纖放置於熔接機內，球狀端面與單模光纖距離為15 μ m，放電量為85bit，放電時間為1350ms，放電後球狀端面與單模光纖熔接並形成球形光纖，即可製得基於拉錐結構與球狀結構級聯的光纖幹涉傳感器。
【文檔編號】G01D5/353GK103884364SQ201410156646
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】張衛華, 王哲, 袁碩, 童崢嶸 申請人:天津理工大學