一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器的製造方法

2023-05-01 05:46:11 4

一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器的製造方法
【專利摘要】一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器，由光纖布拉格光柵、花生錐結構和偏芯結構串聯組成，光纖布拉格光柵的入射端與寬帶光源連接，單模光纖纖芯直徑為8.3μm、包層直徑為125μm，光纖布拉格光柵的中心波長為1550.28nm；花生錐結構與偏芯結構的距離為2cm；偏芯結構一端與花生錐結構熔接，熔接的偏芯量為4μm；偏芯結構的輸出端與光譜分析儀連接。本發明的優點是：該光纖傳感器結構簡單且容易製作，輸出信號包含模間幹涉峰和布拉格光柵的透射峰，根據其對溫度和折射率的不同敏感性，可實現對溫度和折射率的同時測量；該光纖傳感器製作成本低、測量精度高，在化學和生物製藥方面有著潛在的應用價值。
【專利說明】一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器

【技術領域】
[0001] 本發明屬於光纖傳感【技術領域】，特別是一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光 柵的光纖傳感器。

【背景技術】
[0002] 光纖傳感技術是伴隨著光纖技術和光纖通信技術發展而興起的新型傳感技術。它 以光纖為媒介感知和探測外界被測信號，在傳感方式、傳感原理和信號的探測及處理等方 面都與傳統的電學傳感器有著明顯的差異，尤其在某些特殊領域及惡劣工況下具有明顯的 技術優勢。由於光纖本身為絕緣介質，易彎曲，抗電磁幹擾、耐輻射性能好，使得光纖傳感技 術特別適用於高溫高壓高溼、強電磁幹擾等傳統電學傳感器不易發揮作用的場所及惡劣環 境。
[0003] 現在光纖傳感器已廣泛應用於電力、冶金、航天、土木工程等領域中，用於測量溫 度、應變、折射率等物理量。另外由於光纖傳感器的體積小、結構緊湊、靈敏度高等特性，使 其在物理、化學和生物等方面也有廣泛的應用。


【發明內容】

[0004] 本發明提出並製作了一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器， 輸出信號中存在光纖布拉格光柵（FBG)透射峰和模間幹涉峰，根據其對溫度和折射率的不 同敏感性，可用其實現雙參量同時測量。
[0005] 本發明的技術方案為： 一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器，由光纖布拉格光柵、花生 錐結構和偏芯結構串聯組成，光纖布拉格光柵（FBG)的入射端通過單模光纖與寬帶光源連 接，單模光纖纖芯直徑為8. 3 μ m、包層直徑為125 μ m，光纖布拉格光柵（FBG)在單模光纖 上寫制，光纖布拉格光柵（FBG)在室溫條件下的中心波長為1550. 28nm ;花生錐結構與偏芯 結構的距離為2cm ;偏芯結構一端與花生錐結構熔接，熔接的偏芯量為4μ m ;偏芯結構的輸 出端通過單模光纖與光譜分析儀連接。
[0006] -種所述基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器的應用，使用馬赫 增德爾（MZ)幹涉結構級聯光纖布拉格光柵的光纖傳感器進行溫度和折射率的同時測量， 該光纖傳感器在同時對溫度和折射率進行傳感時的光路傳輸為：寬帶光源的光從單模光纖 入射，經過光纖布拉格光柵（FBG)時滿足布拉格條件的光反射，其餘的光透射；之後經過花 生錐結構和偏芯結構時發生模式耦合形成幹涉，這些模式通過單模光纖傳輸至光譜分析儀 中，監測環境溫度和折射率的變化，步驟如下： 1) 繪製光纖傳感器的輸出信號光譜圖，當光纖布拉格光柵的透射峰dipl和 模間幹涉產生的幹涉峰dip2發生波長漂移時，分別獲取dipl的波長改變量 M和dip2的波長改變量4? ; 2) 通過以下公式計算環境溫度變化量AT和折射率的變化量細：

【權利要求】
1. 一種基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器，其特徵在於：由光纖 布拉格光柵、花生錐結構和偏芯結構串聯組成，光纖布拉格光柵（FBG)的入射端通過單模 光纖與寬帶光源連接，單模光纖纖芯直徑為8. 3μm、包層直徑為125μm，光纖布拉格光柵 (FBG)在單模光纖上寫制，光纖布拉格光柵（FBG)在室溫條件下的中心波長為1550. 28nm; 花生錐結構與偏芯結構的距離為2cm;偏芯結構一端與花生錐結構熔接，熔接的偏芯量為 4μm;偏芯結構的輸出端通過單模光纖與光譜分析儀連接。
2. -種如權利要求1所述基於馬赫增德爾幹涉和光纖布拉格光柵的光纖傳感器的應 用，其特徵在於：使用馬赫增德爾（MZ)幹涉結構級聯光纖布拉格光柵的光纖傳感器進行溫 度和折射率的同時測量，該光纖傳感器在同時對溫度和折射率進行傳感時的光路傳輸為： 寬帶光源的光從單模光纖入射，經過光纖布拉格光柵（FBG)時滿足布拉格條件的光反射， 其餘的光透射；之後經過花生錐結構和偏芯結構時發生模式耦合形成幹涉，這些模式通過 單模光纖傳輸至光譜分析儀中，監測環境溫度和折射率的變化，步驟如下： 1) 繪製光纖傳感器的輸出信號光譜圖，當光纖布拉格光柵的透射峰dipl和 模間幹涉產生的幹涉峰dip2發生波長漂移時，分別獲取dipl的波長改變量 A為和dip2的波長改變量; 2) 通過以下公式計算環境溫度變化量AT和折射率的變化量Δ? :
式中：、I*分別為dipl對於溫度和折射率的敏感係數，·?^·2和是dip2對於溫 度和折射率的敏感係數；A= ·^ι^β3 。
【文檔編號】G01D21/02GK104316106SQ201410581296
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】曹曄, 趙晨, 劉慧瑩, 童崢嶸 申請人:天津理工大學