一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器的製造方法
2023-05-28 00:18:31
一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器的製造方法
【專利摘要】一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：由超寬帶光源(1)、入射光纖(2)、光纖環形器(3)、連接光纖(4)、出射光纖(5)和細芯傾斜光纖光柵(6)、光譜儀(7)組成；超寬帶光源(1)連接入射光纖(2)，入射光纖(2)和連接光纖(4)、出射光纖(3)按順時針方向依次與光纖環形器(3)相連，連接光纖(4)的另一端連接細芯傾斜光纖光柵(6)，出射光纖(5)的另一端連接光譜儀(7)，本發明靈敏度高、量程大、信號解調方便、成本較低，可以應用於各類實際工程中。
【專利說明】一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器
【技術領域】
[0001] -種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，屬於光纖傳感【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 隨著現在測量技術的發展，光纖傳感器與傳統電傳感器相比，由於具有不受電磁 幹擾、靈敏度高、體積小、重量輕、可復用性強、可埋入各種結構和材料等優點而逐漸被人們 所重視。近年來，人們已經研製出了各種光纖傳感器用於對溫度、壓力、液位等物理量的測 量，在實際應用中，液位的測量也具有相當重要的意義，各種基於長周期光纖光柵和布拉格 光纖光柵的液位傳感器也逐漸被人們所提出。本發明中所述的一種基於細芯傾斜光纖光柵 的液位傳感器，其基本原理是基於傾斜光纖光柵包層模的折射率敏感特性。
[0003] 傾斜光纖光柵是一種特殊的光纖光柵，其光柵條紋與光纖軸向成一定角度。由於 光柵傾角的引入，前向傳導的入射光被有效激發至後向傳導的包層模，並保留滿足布拉格 條件的後向傳導纖芯模。由於纖芯模和包層模具有不同的傳感特性，因此傾斜光纖光柵兼 具布拉格光纖光柵和長周期光纖光柵兩類光纖光柵的優點，可實現多參量（傾角、溫度、應 變、折射率等）同時區分測量。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器。該裝置能夠通 過對細芯傾斜光纖光柵反射光譜圖的變化實現對液位變化量的精確測量。具有結構簡單、 易於操作、靈敏度高等特點。
[0005] 本發明通過以下技術方案實現：
[0006] -種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：由超寬帶光源（1)、入射 光纖（2)、光纖環形器（3)、連接光纖（4)、出射光纖（5)和細芯傾斜光纖光柵￠)、光譜儀
[7] 組成；超寬帶光源（1)連接入射光纖（2)，入射光纖（2)和連接光纖（4)、出射光纖（3) 按順時針方向依次與光纖環形器（3)相連，連接光纖（4)的另一端連接細芯傾斜光纖光柵
[6] ，出射光纖（5)的另一端連接光譜儀（7)。
[0007] 所述的一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：細芯傾斜光纖光 柵（6)米用細芯載氫光敏單模光纖刻寫製作，纖芯直徑2. 5微米，包層直徑125微米。
[0008] 所述的一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：細芯載氫光敏單 模光纖長度為60毫米，其中細芯傾斜光纖光柵（6)部分長度為10毫米，熔接點與細芯傾斜 光纖光柵（6)之間的距離為50毫米。
[0009] 本發明的工作原理是：超寬帶光源（1)發出的光首先耦合進入入射光纖（2)，然後 到達光纖環形器（3)，接著光通過連接光纖（4)進入細芯傾斜光纖光柵（6)，細芯傾斜光纖 光柵（6)周圍環境由空氣和被測液體共同組成，二者的比例發生變化時，細芯傾斜光纖光 柵（6)的周圍環境有效折射率隨之發生變化，最後受到液位變化調製的光信號反射回連接 光纖（4)到達光纖環形器（3)，通過出射光纖（5)進入光譜儀（7)。細芯傾斜光纖光柵（6) 及其所在的細芯傾斜光纖光柵共同組成了所述液位傳感器的傳感頭部分，細芯傾斜光纖光 柵（6)激發產生的包層模強度與周圍環境折射率緊密相關，當包層模所處的周圍環境折射 率增加時，包層模逐漸轉化為輻射模，反射光譜中顯示為包層模的強度降低甚至消失，而空 氣和被測液體的折射率不同，導致當液體高度（液位）發生變化時，包層模的強度逐漸發生 變化，通過對包層模強度信息的解調可以得到對應的液位變化信息。
[0010] 本發明的有益效果是：所述一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器實現反射式 液位傳感器的設計，測量更加方便。所述傳感器具有較低的溫度敏感特性，溫度敏感係數約 為11. 2pm/°C，該液位傳感器的靈敏度為0. 51dB/mm。此外，液位測量範圍不受限於採用的 細芯傾斜光纖光柵的長度大小而是與整個細芯載氫光敏光纖的長度相關。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明的一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器不意圖；
[0012] 圖2是本發明的歸一化包層模強度與液位變化關係示意圖；
【具體實施方式】
[0013] 下面結合附圖及實施實例對本發明作進一步描述：
[0014] 參見附圖1，一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：由超寬帶光 源（1)、入射光纖（2)、光纖環形器（3)、連接光纖（4)、出射光纖（5)和細芯傾斜光纖光柵 (6)、光譜儀（7)組成；超寬帶光源⑴連接入射光纖（2)，入射光纖⑵和連接光纖（4)、出 射光纖（3)按順時針方向依次與光纖環形器（3)相連，連接光纖（4)的另一端連接細芯傾 斜光纖光柵￠)，出射光纖（5)的另一端連接光譜儀（7)。
[0015] 入射光纖（2)和連接光纖（4)、出射光纖（5)為單模光纖，纖芯直徑為8. 2微米， 包層直徑為125微米。細芯傾斜光纖光柵（6)採用細芯載氫光敏單模光纖刻寫製作，纖芯 直徑2. 5微米，包層直徑125微米。細芯載氫光敏單模光纖長度為60毫米，其中細芯傾斜 光纖光柵（6)部分長度為10毫米，熔接點與細芯傾斜光纖光柵（6)之間的距離為50毫米。 通過細芯傾斜光纖光柵（6)反射回的包層模在周圍環境折射率增加時轉換為輻射模，包層 模的強度隨著液位的上升逐漸降低直至完全消失，這樣就得到了液位變化信息。當細芯傾 斜光纖光柵（6)產生的包層模隨著液位的上升逐漸轉化為輻射模時，反射譜中歸一化包層 模的強度逐漸降低直至消失，圖2為歸一化包層模強度與液位變化關係示意圖，其靈敏度 為0. 51 dB/mm，液位測量範圍可以達到50至60毫米。
【權利要求】
1. 一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：由超寬帶光源（1)、入射光 纖（2)、光纖環形器（3)、連接光纖（4)、出射光纖（5)和細芯傾斜光纖光柵￠)、光譜儀（7) 組成；超寬帶光源（1)連接入射光纖（2)，入射光纖（2)和連接光纖（4)、出射光纖（3)按順 時針方向依次與光纖環形器（3)相連，連接光纖（4)的另一端連接細芯傾斜光纖光柵（6)， 出射光纖（5)的另一端連接光譜儀（7)。
2. 根據權利要求1所述的一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：細 芯傾斜光纖光柵（6)採用細芯載氫光敏單模光纖刻寫製作，纖芯直徑2. 5微米，包層直徑 125微米。
3. 根據權利要求1所述的一種基於細芯傾斜光纖光柵的液位傳感器，其特徵在於：細 芯載氫光敏單模光纖長度為60毫米，其中細芯傾斜光纖光柵（6)部分長度為10毫米，熔接 點與細芯傾斜光纖光柵（6)之間的距離為50毫米。
【文檔編號】G01F23/292GK104154968SQ201410356481
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】陳德寶, 沈常宇, 劉樺楠, 魏健, 路豔芳 申請人:中國計量學院