專利名稱：液體灌注型光纖溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于液體灌注型光纖溫度傳感器。
背景技術：
光纖傳感技術伴隨著光纖通信技術的發(fā)展迅速發(fā)展起來，它是以光波為載體，光纖為介質，感知和傳輸外界信號(被測量)的新型傳感技術。光纖具有很好的傳光特性，另外本身就是一種敏感元件，與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器具有一系列獨特的優(yōu)點，如靈敏度高、動態(tài)范圍大、頻帶寬、抗電磁干擾、耐腐蝕、防爆、防燃、光路可撓曲性好、傳輸損耗低、易于實現(xiàn)遠距離測量等優(yōu)點。鑒于這些優(yōu)點光纖傳感技術一問世就受到人們的廣泛關注，從20世紀70年代至今短短的幾十年的時間里，光纖傳感器廣泛的應用于航天航海、軍事、礦產、農業(yè)、生物醫(yī)學等領域，可以測量的物理量涉及溫度、應變、速度、振動、位移、壓力、電壓等70多種。 溫度是工程技術和科研中十分重要的物理量，溫度測量技術一直不斷地被發(fā)展。傳統(tǒng)的測溫裝置多為電子式的溫度傳感器，如熱敏電阻，熱電偶等，這些傳感器雖然應用方便，但對于某些特殊的環(huán)境(如易燃易爆、高電壓、大電流、強電磁干擾)，以電信號為工作基礎的溫度傳感器在安全性、信號的穩(wěn)定性方面受到很大的限制。而利用光纖傳感器來進行測量，就可以很容易的解決上述的問題。目前，光纖溫度傳感器主要基于光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵或干涉原理等系統(tǒng)。光纖布拉格光柵可進行波分復用，得到了特別的關注，然而光纖布拉格光柵的溫度靈敏度有限，長周期光纖光柵的溫度靈敏度比光纖布拉格光柵高一些，但對彎曲敏感。光纖Sagnac環(huán)是基于干涉原理的光纖系統(tǒng)中常采用的一種結構，目前已被廣泛的應用于溫度測量中。實驗證明采用高雙折射保偏光纖的實驗裝置具有很好的靈敏度，采用光子晶體光纖能夠提高實驗靈敏度，但光子晶體光纖的成本較高。近幾年一種新型的光纖——邊孔保偏光纖引起來人們的廣泛的關注，該光纖在包層內存在兩個空氣孔，具有許多獨特的性質。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種基于液體灌注型光纖溫度傳感器，采用光纖Sagnac環(huán)結構，在邊孔光纖的空氣孔中灌注液體(如酒精)作為傳感探頭?；谝后w灌注型光纖溫度傳感器包括通過普通光纖連接起來的2*2光纖耦合器、灌注液體的邊孔光纖和光纖偏振控制器。2*2光纖稱合器的一端兩接口構成光纖Sagnac環(huán)，其中灌注液體的邊孔光纖和光纖偏振控制器位于環(huán)內部，光纖稱合器另一端兩接口分別接光源和光譜儀。本發(fā)明的基本工作原理傳感器中光源輸入的光經光纖稱合器被分為兩束，分別沿著順時針和逆時針方向在光纖Sagnac環(huán)中傳播,最后在I禹合器輸出端會合。邊孔光纖中的雙空氣孔造成在光纖X和Y軸有效折射率不相等，產生雙折射現(xiàn)象，基模中的兩個簡并模傳播常數(shù)發(fā)生差異，光的偏振態(tài)沿光纖軸向發(fā)生變化。由于雙折射現(xiàn)象光纖Sagnac環(huán)內沿相反方向的傳輸?shù)膬墒馐駪B(tài)不同，在會合點會發(fā)生干涉，通過光譜儀可以觀察到干涉圖樣。灌入液體后，X和Y軸的有效折射率會受到液體折射率的影響。溫度變化會引起液體折射率變化，使得有效折射率發(fā)生變化，從而使雙折射系數(shù)發(fā)生變化，光的偏振態(tài)發(fā)生變化，從而使輸出干涉圖樣發(fā)生變化。通過觀察干涉圖樣的變化，可以測量出溫度，因此可以利用此結構制作溫度傳感器。合理調節(jié)偏振控制器，可以得到理想的干涉圖樣。本發(fā)明具有的優(yōu)點(I)本發(fā)明采用灌注液體的邊孔光纖作為傳感探頭，所需光纖長度短，靈敏度高；(2)本發(fā)明采用光纖Sagnac環(huán)結構 ，結構簡單、制作過程簡單，成本低。


圖I為液體灌注型光纖溫度傳感器的結構示意2為溫度為20°C和40°C的干涉圖樣圖3為邊孔光纖結構圖
具體實施例方式下面結合附圖及實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖I所示，一種基于液體灌注型光纖溫度傳感器包括由光纖連接起來的2*2光纖耦合器I、灌注液體的邊孔光纖2和光纖偏振控制器3。光纖耦合器I的兩個同向端口連接灌注液體的邊孔光纖2和偏振控制器3構成光纖Sagnac環(huán),光纖稱合器的另外兩個同向端口分別接寬帶光源和光譜儀，光譜儀得到是光源光譜經過光纖Sagnac環(huán)后的干涉圖樣。圖2為溫度分別為20°C和40°C時干涉圖，可以看出，干涉波形隨著溫度的上升發(fā)生紅移。通過實驗測量知，干涉波形的漂移量與溫度的改變呈現(xiàn)良好的線性關系。本發(fā)明基于液體灌注型光纖溫度傳感器，采用的灌注液體為酒精，在其他灌注液體的研究方面仍有很大的研究前景。在本實施實例中，光纖稱合器I的稱合比為50%,偏振控制器3為三環(huán)型機械式光纖偏振控制器(Connect Fiber Optics, A /4- A /2- A /4);連接用的光纖為標準單模光纖(Y0FC-MKD-101，模場直徑為9. 9 10. 9 ii mil550nm)，圖3為邊孔光纖結構示意圖，光纖直徑為125um，空氣孔直徑為24um，空氣孔中心到光纖中心的距離為28um。
權利要求
1.基于液體灌注型光纖溫度傳感器，包括由光纖連接起來的2*2光纖耦合器、灌注液體的邊 孔光纖和光纖偏振控制器。其特征在于光纖稱合器的兩個同向端口連接灌注液體的邊孔光纖和偏振控制器構成Sagnac光纖干涉環(huán)，灌注液體的邊孔光纖作為傳感探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液體灌注型光纖溫度傳感器，包括由普通光纖連起來的2*2光纖耦合器、灌注液體邊孔光纖(感應部分)和光纖偏振控制器。耦合器一端接邊孔光纖和偏振控制器構成光纖Sagnac環(huán)，另一端接光源和光譜儀。光源輸入的光經耦合器分成兩束，在環(huán)內沿相反方向傳播，邊孔光纖中的雙孔使光纖存在雙折射現(xiàn)象，從而兩束光偏振態(tài)不同，在耦合器輸出端會合發(fā)生干涉，通過光譜儀可觀察干涉圖。孔內灌入液體后，雙折射受液體折射率和壓力影響，而液體折射率、壓力受溫度調制，實驗知干涉波漂移量與溫度改變量呈良好的線性關系，因此可利用此結構制作溫度傳感器。本發(fā)明靈敏度高、制作簡單、成本低，在溫度測量領域有著巨大的應用潛力。
文檔編號G01K11/32GK102680133SQ201210112689
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權日2012年4月11日
發(fā)明者孟慶強, 董新永, 辛奕 申請人:杭州光絡科技有限公司