基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，所述傳感器包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、測量傳感頭、光譜儀，寬帶光源連接到光纖環(huán)形器輸入端口，光纖環(huán)形器第一輸出端口通過光纖連接到測量傳感頭，第二輸出端口通過光纖連接到光譜儀（4）。測量時，光在測量傳感頭內(nèi)部發(fā)生多模干涉，并在測量傳感頭與待測物質(zhì)的界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到測量傳感頭內(nèi)部繼續(xù)傳播并發(fā)生多模干涉，最終傳輸?shù)焦庾V儀（4），通過光譜儀（4）測得干涉條紋的損耗峰功率和損耗峰波長，再經(jīng)計(jì)算得到待測物質(zhì)的折射率和溫度。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)高精度、大范圍的折射率和溫度測量，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。
【專利說明】基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種折射率與溫度傳感器，尤其涉及一種基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器在最近幾年被廣泛的研究，他們有許多優(yōu)點(diǎn)，例如尺寸小、靈敏度高、抗電磁干擾等等。他們在遠(yuǎn)程測量和過程控制領(lǐng)域吸引了人們極大的興趣，可用于測量溫度、應(yīng)力、折射率、位移和其他物理量。最近幾年，多模干涉現(xiàn)象被廣泛地應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域，例如利用單模-多模-單模(SMS)光纖結(jié)構(gòu)、單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)級聯(lián)光纖布拉格光柵、3°傾斜的多模光纖布拉格光柵、多模-無芯-多模光纖結(jié)構(gòu)。所有以上這些方法都是基于在光纖中發(fā)生的多模干涉現(xiàn)象，但是，這些提出的方法大多是單參數(shù)測量并且所用到的單模-多模-單模光纖結(jié)構(gòu)主要是透射型的，由于熔接之后的單模光纖與多模光纖的熔接點(diǎn)在彎曲過大的情況的下容易發(fā)生斷裂，因此該透射型結(jié)構(gòu)不易操作。另外，傳統(tǒng)的利用多模干涉現(xiàn)象測量折射率的傳感方法，一般要完全或部分去除多模光纖的包層，甚至要腐蝕掉部分纖芯，以讓多模光纖纖芯充分接觸待測物質(zhì)，使待測物質(zhì)充當(dāng)多模光纖纖芯的包層，引起多模干涉諧振波長的移動來實(shí)現(xiàn)折射率的測量，這種方法的缺點(diǎn)是由于光纖的包層被去除，可承受的強(qiáng)度減弱，穩(wěn)定性降低，應(yīng)用范圍受限，制作復(fù)雜，同時成本上升。傳統(tǒng)的測量溫度的方法，傳統(tǒng)的測量溫度的方法一般要用到光纖布拉格光柵，或者在單模光纖尾纖末端覆蓋某種折射率會隨溫度變化的物質(zhì)，以改變單模光纖末端與該種物質(zhì)界面上的菲涅爾反射率，通過測量布拉格波長的移動或者菲涅爾反射率的變化來實(shí)現(xiàn)溫度的測量，這些方法的缺點(diǎn)是成本高，制作復(fù)雜，不便于大規(guī)模應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器及其測量方法，具體技術(shù)方案如下。
[0004]一種基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)形器、測量傳感頭和光譜儀；所述光纖環(huán)形器的輸入端口與寬帶光源通過光纖連接，光纖環(huán)形器的第一輸出端口與測量傳感頭通過光纖連接，第二輸出端口與光譜儀輸入端通過光纖連接；光在測量傳感頭內(nèi)部發(fā)生多模干涉，并在測量傳感頭與待測物質(zhì)的界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到測量傳感頭內(nèi)部繼續(xù)傳播并發(fā)生多模干涉，最終傳輸?shù)焦庾V儀，通過光譜儀測得干涉條紋的損耗峰功率和損耗峰波長，再經(jīng)計(jì)算得到待測物質(zhì)的折射率和溫度。
[0005]上述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，測量傳感頭為端面與光纖軸線垂直的未去除包層的階躍型多模光纖。光經(jīng)單模光纖進(jìn)入多模光纖，并在多模光纖末端與待測物質(zhì)的交界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到多模光纖中，最終耦合進(jìn)單模光纖，在此過程中，光在從單模光纖進(jìn)入多模光纖時，在多模光纖的端面上激發(fā)出多個本征模，這多個模式的光在多模光纖中傳播時發(fā)生干涉，最終又重新耦合進(jìn)單模光纖中，并傳輸?shù)焦庾V儀。[0006]上述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器中，所述的寬帶光源為C波段(1520nm-1570nm)的光纖寬帶光源，連接用的光纖均為普通單模光纖。
[0007]上述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器中，根據(jù)干涉條紋的損耗峰功率隨待測物質(zhì)折射率變化而變化的規(guī)律，計(jì)算出待測物質(zhì)的折射率；根據(jù)干涉條紋的損耗峰波長隨待測物質(zhì)的溫度變化而變化的規(guī)律，計(jì)算出待測物質(zhì)的溫度。
[0008]利用上述光纖折射率與溫度傳感器的折射率與溫度測量方法，包括:將測量傳感頭插入待測物質(zhì)中；光經(jīng)單模光纖進(jìn)入多模光纖，并在多模光纖末端與待測物質(zhì)的交界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到多模光纖種，最終耦合進(jìn)單模光纖，在此過程中，光在從單模光纖進(jìn)入多模光纖時，在多模光纖的端面上激發(fā)出多個本征模，這多個模式的光在多模光纖中傳播時發(fā)生干涉，最終又重新耦合進(jìn)單模光纖中，并傳輸?shù)焦庾V儀。干涉條紋的損耗峰功率隨測量傳感頭所處的待測物質(zhì)折射率變化而變化，通過光譜儀測得干涉條紋損耗峰的功率，再經(jīng)計(jì)算得到待測物質(zhì)的折射率；干涉條紋的損耗峰波長隨測量傳感頭所處的待測物質(zhì)的溫度變化而變化，通過光譜儀測得干涉條紋的損耗峰波長，再經(jīng)計(jì)算得到待測物質(zhì)的溫度。
[0009]上述測量方法中，所述干涉條紋的損耗峰功率為
【權(quán)利要求】
1.基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，其特征在于包括寬帶光源(I)、光纖環(huán)形器(2)、測量傳感頭(3)和光譜儀(4);所述光纖環(huán)形器(2)的輸入端口與寬帶光源(I)通過光纖連接，光纖環(huán)形器(2)的第一輸出端口與測量傳感頭(3)通過光纖連接，第二輸出端口與光譜儀(4)輸入端通過光纖連接；光在測量傳感頭內(nèi)部發(fā)生多模干涉，并在測量傳感頭與待測物質(zhì)的界面上發(fā)生菲涅爾反射重新回到測量傳感頭內(nèi)部繼續(xù)傳播并發(fā)生多模干涉，最終傳輸?shù)焦庾V儀(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，其特征在于所述的測量傳感頭(3)為端面與軸線相垂直的未去除包層的階躍型多模光纖尾纖。
3.如權(quán)利要求1所述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，其特征在于所述的寬帶光源為C波段的寬帶光源。
4.如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的基于多模干涉的光纖折射率與溫度傳感器，其特征在于除了測量傳感頭(3)外所使用的光纖均為普通單模光纖。
【文檔編號】G01K11/32GK203465032SQ201320417915
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】蒙紅云, 薛紅超, 王偉, 譚春華, 黃旭光 申請人:華南師范大學(xué)