用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光纖傳感器，尤其涉及一種用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光 子晶體光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖溫度傳感器和應(yīng)變傳感器涉及的范圍非常廣泛，包括在建筑物健康狀況監(jiān) 測(cè)、工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面具有較多的應(yīng)用。目前的溫度和應(yīng)變傳感器有很多種，包括光纖布拉 格光柵、光纖長周期光柵等。這兩者都是利用溫度或者應(yīng)變對(duì)光纖材料的影響，從而造成光 柵諧振峰的漂移，來對(duì)物理量的變化進(jìn)行測(cè)量的。以上探測(cè)方式，由于器件光譜一般為單 峰，因此當(dāng)溫度和應(yīng)變同時(shí)對(duì)器件施加影響時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生交叉?zhèn)鞲?，此時(shí)無法由光譜的漂移 量判定每個(gè)物理量的變化。此外在單獨(dú)測(cè)量一個(gè)物理量時(shí)，另外一個(gè)物理量的微擾也會(huì)給 測(cè)量造成誤差，影響傳感器的測(cè)量精度。對(duì)于這種情況，一般需要采取措施進(jìn)行誤差補(bǔ)償處 理，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。
[0003] 隨著各行業(yè)對(duì)傳感探測(cè)需求的增加，以及傳感應(yīng)用環(huán)境的不斷變化，業(yè)界對(duì)傳感 器的性能要求逐漸提高。傳感器的測(cè)量精度、分辨率、靈敏度等成為重要的技術(shù)指標(biāo)。傳統(tǒng) 的基于單一石英材料的光纖器件，受限于其材料低的溫光特性及彈光特性，在傳感靈敏度 上很難取得較理想的指標(biāo)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)溫度和應(yīng)變同時(shí)對(duì)器件施 加影響時(shí)，則會(huì)發(fā)生交叉?zhèn)鞲?，容易產(chǎn)生多參數(shù)交叉敏感的缺陷，提供一種可解決多參數(shù)交 叉敏感問題的用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器。
[0005] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 提供一種用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器，包括探頭以及 連接在該探頭兩側(cè)的單模光纖，該探頭為纖芯呈對(duì)稱分布的雙芯光子晶體光纖，其中一根 纖芯周圍的空氣孔填充折射率匹配液。
[0007] 本實(shí)用新型所述的用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器中，該 雙芯光子晶體光纖的橫截面為周期性分布的空氣孔陣列，該雙芯光子晶體光纖正中央的兩 側(cè)的對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔被移除，形成兩個(gè)石英纖芯。
[0008] 本實(shí)用新型所述的用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器中，該 雙芯光子晶體光纖的空氣孔陣列中，空氣孔直徑為3M1，空氣孔間距為4μπι。
[0009] 本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是:本實(shí)用新型將雙芯光子晶體光纖作為傳感器的探 頭，且將其中一個(gè)纖芯的內(nèi)部填充折射率匹配液，從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)探頭集成檢測(cè)光譜中 的兩套機(jī)制，可以對(duì)多個(gè)物理量作出不同響應(yīng)，通過相應(yīng)的解調(diào)方法，則可以計(jì)算單個(gè)參數(shù) 的變化量。該傳感器在復(fù)雜的物理環(huán)境下，可以取得良好的應(yīng)用性能，可解決實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境 中所遇到的多參數(shù)交叉敏感的問題。
【附圖說明】
[0010] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0011] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例雙芯光子晶體光纖傳感器中雙芯光子晶體光纖的橫截面 示意圖；
[0012] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例雙芯光子晶體光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的傳感器的光譜圖；
[0014]圖4a是本實(shí)用新型實(shí)施例的溫度傳感響應(yīng)圖；
[0015] 圖4b是本實(shí)用新型實(shí)施例的應(yīng)變的傳感響應(yīng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本 實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0017]圖1為傳感器所用的雙芯光子晶體光纖的橫截面示意圖，圖2為整個(gè)傳感器的結(jié)構(gòu) 示意圖。本實(shí)用新型實(shí)施例用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器，包括 探頭10以及連接在該探頭10兩側(cè)的單模光纖20,該探頭10為纖芯呈對(duì)稱分布的雙芯光子晶 體光纖，其中一根纖芯周圍空氣孔11內(nèi)部填充折射率匹配液。另一根纖芯周圍空氣孔12內(nèi) 則不填充。
[0018] 本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所采用的雙芯光子晶體光纖橫截面為周期性分布的 空氣孔陣列，空氣孔直徑為3M1，空氣孔間距為4μπι。光纖正中央的兩側(cè)的對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔 被移除，形成兩個(gè)石英纖芯。所用單模光纖為標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，外包層直徑125μπι，纖芯直徑8μ m〇
[0019] 本實(shí)用新型實(shí)施例用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器的制 作過程為：
[0020] 一、雙芯光子晶體光纖預(yù)處理。選取一段雙芯光子晶體光纖，使用刀片去除掉光纖 的涂覆保護(hù)層，并用酒精擦拭光纖表面以除去涂覆層殘留物。使用光纖切割刀將光纖的一 端切平整，然后在離該端面一段距離處切出另外一個(gè)平整的端面，具體的距離根據(jù)實(shí)際需 要而定。
[0021] 二、雙芯光子晶體光纖的選擇性填充。將上述處理過的光纖一端放置在顯微鏡下 觀察，使用另外一根單模光纖蘸取少量膠體，在雙芯光纖的端面，將纖芯之一的一側(cè)的空氣 孔封住。等到膠體固化之后，將該纖芯的另一頭浸沒在折射率匹配液中，由于受到毛細(xì)作 用，折射率匹配液會(huì)被吸到光纖的空氣孔中，從而實(shí)現(xiàn)光纖的填充，浸泡時(shí)間在2分鐘以內(nèi) 即可實(shí)現(xiàn)較好的填充效果。
[0022] 三、和普通單模光纖的熔接。填充過的雙芯光子晶體光纖最后需要和單模光纖熔 接起來完成整個(gè)器件的制作。熔接使用光纖熔接機(jī)的手動(dòng)操作功能來完成。由于單模光纖 和雙芯光子晶體光纖熔接時(shí)要避免填充液體的大量蒸發(fā)，以及空氣孔的塌陷等，需要采用 優(yōu)化了的熔接參數(shù)。熔接參數(shù)設(shè)置為放電強(qiáng)度20單位，放電時(shí)間700ms，保證雙芯光子晶體 光纖空氣孔不塌縮。將填充過的雙芯光子晶體光纖兩端都按上述要求熔接上單模光纖即完 成傳感器的制作，如圖2所示。
[0023] 本實(shí)用新型的傳感器可用于測(cè)量溫度和應(yīng)變量。將傳感器兩端的單模光纖分別接 上光源(ALS-1550-20)和光譜儀(Yokogawa AQ6370B)就會(huì)得到圖3的光譜。將光纖傳感器用 于溫度測(cè)量時(shí)，只需將填充的雙芯光子晶體光纖（即探頭)整個(gè)置于變化溫度的環(huán)境內(nèi)部， 通過監(jiān)測(cè)器件的光譜的漂移即可。同樣，在測(cè)量應(yīng)變量的變化時(shí)，則將填充光纖（即探頭）的 兩端固定在施加應(yīng)變的受力點(diǎn)，并對(duì)這一段光纖施加應(yīng)力，通過觀察光譜的漂移得到應(yīng)變 量大小。
[0024] 由于光譜中包含兩組干涉條紋，且這兩組條紋分別對(duì)應(yīng)不同的溫度和應(yīng)變響應(yīng)特 性。圖4a和圖4b是光譜中大小周期的干涉條紋在實(shí)驗(yàn)中取得的溫度和應(yīng)變靈敏度。光譜中 的大包絡(luò)干涉條紋的溫度靈敏度為5.42nm/°C，應(yīng)變靈敏度為-1.49ρπι/μ ε。相比之下，小周 期的溫度靈敏度為〇. 283nm/°C，應(yīng)變靈敏度為-1.55ρπι/με。由于其溫度和應(yīng)變傳感響應(yīng)都 為線性的，因此，當(dāng)將這兩組條紋的傳感響應(yīng)特性分別測(cè)得以后，即可以采用矩陣解調(diào)法， 對(duì)溫度和應(yīng)變量進(jìn)行同時(shí)的測(cè)量。也就是說，在溫度和應(yīng)變同時(shí)影響傳感器時(shí)，可以通過測(cè) 量光譜中兩組干涉條紋的波長漂移量，帶入到以下公式，就可以同時(shí)得到溫度和應(yīng)力的變 化量。
[0025]
[0026] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器，其特征在于，包括探 頭以及連接在該探頭兩側(cè)的單模光纖，該探頭為纖芯呈對(duì)稱分布的雙芯光子晶體光纖，其 中一根纖芯周圍的空氣孔填充折射率匹配液。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器，其 特征在于，該雙芯光子晶體光纖的橫截面為周期性分布的空氣孔陣列，該雙芯光子晶體光 纖正中央的兩側(cè)的對(duì)稱的兩個(gè)空氣孔被移除，形成兩個(gè)石英纖芯。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器，其 特征在于，該雙芯光子晶體光纖的空氣孔陣列中，空氣孔直徑為3 mm，空氣孔間距為4 mm。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)測(cè)量的雙芯光子晶體光纖傳感器，包括探頭以及連接在該探頭兩側(cè)的單模光纖，該探頭為纖芯呈對(duì)稱分布的雙芯光子晶體光纖，其中一根纖芯周圍的空氣孔填充折射率匹配液。本實(shí)用新型的傳感器集成了檢測(cè)光譜中的兩套機(jī)制，可以對(duì)多個(gè)物理量作出不同響應(yīng)，通過相應(yīng)的解調(diào)方法，則可以計(jì)算單個(gè)參數(shù)的變化量。
【IPC分類】G01B11/16, G01K11/32
【公開號(hào)】CN205262638
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521019120
【發(fā)明人】劉書輝, 陸培祥, 王哲, 田婕
【申請(qǐng)人】武漢工程大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日