一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器的製造方法
2023-07-29 06:24:11 4
一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明屬於光纖傳感【技術領域】，特別是涉及一種多錐孔彎曲結構的塑料光纖傳感器。在具有弧形彎曲結構的塑料光纖上排列有圓錐形微孔，圓錐形微孔的軸線與光纖的中心軸垂直相交，所有圓錐形微孔的錐底中心在光纖的同一條母線上，且錐底中心所在的母線在所述的弧形彎曲結構的弧的外側。圓錐形微孔可採用飛秒雷射技術加工，具有加工方便，結構簡單，成本低廉，靈敏度高，反應迅速等優點。本發明使得基於塑料光纖彎曲損耗機制的高精度傳感測量得以實現。
【專利說明】一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感的【技術領域】，特別是涉及一種多錐孔彎曲結構的塑料光纖傳感器。
【背景技術】
[0002]目前基於光纖彎曲，實現對外界物理量測量的結構主要有:直接彎曲、光纖光柵及各種幹涉結構等。雖然以上結構對於彎曲均具有敏感特性，但這些結構都存在固有缺點或不足:玻璃光纖直接彎曲易折斷；塑料光纖直接彎曲不敏感；各種光柵和幹涉結構的製作工藝要求高，加工難度大，測量系統成本很高。
[0003]塑料光纖質輕、柔軟，更耐破壞(振動和彎曲)。塑料光纖有著優異的拉伸強度、耐用性和佔用空間小的特點。此外，塑料光纖的連接損耗小，易於加工。以上特點使塑料光纖在傳感領域具有廣泛的應用前景，但是普通塑料光纖對於彎曲極不敏感，使得利用塑料光纖的彎曲損耗來實現高精度的傳感探測極為困難。因此，研製具有彎曲敏感特性的塑料光纖結構具有重大意義。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，克服普通塑料光纖無法利用彎曲損耗特性實現高精度傳感的缺點，提供一種具有彎曲敏感特性的多錐孔塑料光纖彎曲結構。
[0005]上述的技術問題通過以下的技術方案實現:
[0006]一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器，其特徵是，在具有弧形彎曲結構的塑料光纖上排列有圓錐形微孔，圓錐形微孔的軸線與光纖的中心軸垂直相交，所有圓錐形微孔的錐底中心在光纖的同一條母線上，且錐底中心所在的母線在所述的弧形彎曲結構的弧的外側。
[0007]所述的塑料光纖可以是各種標準尺寸的階躍多模塑料光纖。
[0008]所述的圓錐形微孔的錐底直徑優選10微米?500微米；相鄰圓錐形微孔的錐底中心間距優選0.5毫米?I毫米。
[0009]所述的錐形微孔的數量大於或等於10個時，實驗表明效果更好。
[0010]有益效果:
[0011]本發明多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器，具有結構簡單，成本低廉，靈敏度高，反應迅速等優點。本發明使得基於塑料光纖彎曲損耗機制的高精度傳感測量得以實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器的側視示意圖。
[0013]圖2為本發明多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器的俯視示意圖。
[0014]圖3為本發明所述的錐形孔示意圖。
[0015]圖4為本發明實施例測試多錐孔塑料光纖和普通光纖的彎曲損耗所用的實驗裝置示意圖。
[0016]圖5為本發明實施例中測得的多錐孔塑料光纖和普通光纖的彎曲損耗圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0018]實施例1
[0019]所用光纖是日本三菱公司生產的階躍多模聚合物光纖，具體型號為ESKA-CK40，光纖的外直徑是1.0Omm,纖芯直徑是0.96mm,纖芯由聚甲基丙烯酸甲酯構成，纖芯折射率為
1.492 ;包層厚度是0.02mm,包層由氟樹脂構成，包層折射率為1.417 ;數值孔徑NA=0.467，傳輸損耗是200dB/km，光纖的正常工作溫度是_55°C—70°C。
[0020]利用SOOnm飛秒雷射在上述塑料光纖上打出13個錐形孔，各錐形孔軸線平行，且均與光纖中軸線垂直相交，相鄰錐形孔的軸線距離為0.5mm，錐底直徑150um，錐底都在光纖的同一條母線上，錐尖不穿透光纖另一側的包層，製作出一條13個錐孔的塑料光纖；再將塑料光纖的打孔區纏繞彎曲成弧，並使圓錐形微孔的錐底處於弧的外側。
[0021]如圖4，打錐形孔塑料光纖通過耦合器分別與光源和光電探測器相連，經測量耦合器插拔損耗小於0.5dB。將塑料光纖的錐形孔區纏繞在圓柱上，改變圓柱半徑以改變錐形孔塑料光纖的彎曲度，記錄數據並計算損耗隨彎曲半徑的變化情況，結果見圖5。
[0022]實施例2
[0023]在實施例1的基礎上，將錐形孔軸間距改為1.0mm，其它參數不變，測試損耗隨彎曲半徑的變化情況，結果見圖5。
[0024]實施例3
[0025]在實施例1的基礎上，將錐形孔數量改為20個，其它參數不變，測試損耗隨彎曲半徑的變化情況，結果見圖5。
[0026]實施例4
[0027]在實施例2的基礎上，將錐形孔數量改為20個，其它參數不變，測試損耗隨彎曲半徑的變化情況，結果見圖5。
[0028]實施例5
[0029]選一條參數和實施例1相同的塑料光纖，但不打孔，用實施例1的測試方法測試損耗隨彎曲半徑的變化情況，結果見圖5。
[0030]對比實施例1?5，可見普通塑料光纖對於彎曲極不敏感，而多錐孔塑料光纖的彎曲結構對於彎曲極為敏感。從實驗例子可見，當彎曲半徑從7.5cm變到0.6cm時，未打孔的普通塑料光纖損耗變化了約2dB，而多錐形孔塑料光纖的損耗變化了近20dB，可見本發明多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器的損耗對彎曲半徑的變化非常敏感，且孔的數量越多，效果越明顯。根據塑料光纖的損耗特性可以測量各種可以導致本發明彎曲半徑變化的物理量，如質量，壓力，溫度等。
【權利要求】
1.一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器，其特徵是，在具有弧形彎曲結構的塑料光纖上排列有圓錐形微孔，圓錐形微孔的軸線與光纖的中心軸垂直相交，所有圓錐形微孔的錐底中心在光纖的同一條母線上，且錐底中心所在的母線在所述的弧形彎曲結構的弧的外側。
2.根據權利要求1所述的一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器，其特徵在於，所述的塑料光纖為階躍多模塑料光纖。
3.根據權利要求1或2所述的一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器，其特徵在於，所述的圓錐形微孔的錐底直徑為10微米?500微米；相鄰圓錐形微孔的錐底中心間距為0.5毫米?I毫米。
4.根據權利要求1或2所述的一種多錐孔彎曲結構塑料光纖傳感器，其特徵在於，所述的錐形微孔的數量大於或等於10個。
【文檔編號】G01D5/32GK103852089SQ201410123666
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月29日 優先權日:2014年3月29日
【發明者】徐曉峰, 湯國玉, 韋珏, 周微, 康智慧 申請人:吉林大學