一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，尤其涉及一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器。一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，包括寬譜光源、傳輸單模光纖、耦合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖和光譜分析儀；第一傳輸單模光纖的一端通過第一耦合光纖與空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的一端連接，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的另一端通過第二耦合光纖與第二傳輸單模光纖的一端連接，構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀；第一傳輸單模光纖的另一端與寬譜光源連接，第二傳輸單模光纖的另一端與光譜分析儀連接。本發(fā)明的溫度傳感器，利用內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的空氣模和環(huán)形芯模之間大的有效折射率差，構(gòu)造長度短、結(jié)構(gòu)緊湊的馬赫-澤德干涉儀，有效減小了傳感器的尺寸。
【專利說明】一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，尤其涉及一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器由于可繞性好、抗電磁干擾、可進(jìn)行遠(yuǎn)距離和分布式測量等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于溫度傳感領(lǐng)域。
[0003]目前,光纖溫度傳感器主要有基于光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵、法布里-拍羅干涉儀、雙芯光子晶體光纖和各種基于纖芯模_包層模干涉的結(jié)構(gòu)。基于光纖布拉格光柵的溫度傳感器的溫度靈敏度較低；基于法布里-珀羅干涉儀的溫度傳感器對傳感光纖兩端的反射率要求很高；基于雙芯光子晶體光纖的溫度傳感器要求對光子晶體光纖進(jìn)行彎曲預(yù)處理，增加了結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性；基于長周期光纖光柵和各種基于纖芯模-包層模干涉的結(jié)構(gòu)，由于需要利用包層模，存在對傳感光纖周圍的折射率交叉敏感的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，對外界折射率變化不敏感的光纖溫度傳感器。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種折射率 不敏感的光纖溫度傳感器，包括寬譜光源、傳輸單模光纖、稱合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖和光譜分析儀；第一傳輸單模光纖的一端通過第一I禹合光纖與空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的一端連接，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的另一端通過第二耦合光纖與第二傳輸單模光纖的一端連接，構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀；第一傳輸單模光纖的另一端與寬譜光源連接，第二傳輸單模光纖的另一端與光譜分析儀連接。
[0007]空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖包括空氣孔、環(huán)形芯和包層，所述的空氣孔位于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的軸心、所述的環(huán)形芯和包層與空氣孔同軸，包層環(huán)繞環(huán)形芯，環(huán)形芯環(huán)繞空氣孔。
[0008]空氣孔的直徑范圍為2(^111-8(^111，環(huán)形芯的壁厚為2 4 111-8 4 111，包層的外徑為125 μ m。
[0009]稱合光纖為階躍折射率多模光纖，纖芯直徑不小于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的環(huán)形芯外徑。
[0010]第一傳輸單模光纖、第一稱合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖、第二稱合光纖和第二傳輸單模光纖之間是通過熔融焊接連接的。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
[0012](I)本發(fā)明的溫度傳感器，利用內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的空氣模和環(huán)形芯模之間大的有效折射率差，構(gòu)造長度短、結(jié)構(gòu)緊湊的馬赫-澤德干涉儀，有效減小了傳感器的尺寸。
[0013](2)本發(fā)明的溫度傳感器，利用內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的包層的隔離作用，使空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率不受外界介質(zhì)折射率的影響，解決了溫度與折射率交叉敏感的問題?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的基于內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是一種內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的溫度傳感器在空氣和水中的輸出光譜。
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的溫度傳感器在不同溫度下的輸出光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0019]結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，由寬譜光源1、傳輸單模光纖2、耦合光纖3、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4、傳輸單模光纖5、耦合光纖6和光譜分析儀7組成；傳輸單模光纖2的一端通過耦合光纖3與空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的一端連接，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的另一端通過耦合光纖5與傳輸單模光纖6的一端連接，構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀；傳輸單模光纖2的另一端與寬譜光源I連接，傳輸單模光纖6的另一端與光譜分析儀7連接。
[0020]結(jié)合圖2，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4包括位于光纖軸心的空氣孔41、與空氣孔同軸的環(huán)形芯42和包層43 ;空氣孔41的直徑為62 μ m,環(huán)形芯42的壁厚為3.3 μ m，包層的外徑為125 μ m。
[0021]稱合光纖3和稱合光纖5為階躍折射率多模光纖,纖芯直徑為105 μ m ；
[0022]傳輸單模光纖2、耦合光纖3、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4、耦合光纖5和傳輸單模光纖6之間是通過熔融焊接連接的。
[0023]在工作時,寬譜光源I發(fā)出的光經(jīng)過傳輸單模光纖2進(jìn)入稱合光纖3,通過稱合光纖3的大直徑纖芯I禹合入內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的空氣孔41和環(huán)形芯42,分別以空氣模和環(huán)形芯模的形式在內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4中傳輸。從內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4輸出的兩束光經(jīng)I禹合光纖5后進(jìn)入傳輸單模光纖6中并發(fā)生干涉；干涉信號被光譜分析儀7檢測。如果外界折射發(fā)生變化，空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率都不會改變，因此干涉光譜不會發(fā)生偏移。如果外界溫度發(fā)生變化，空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率都會發(fā)生相應(yīng)的改變，同時內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4的長度也會發(fā)生變化，因此空氣模和纖芯模經(jīng)過內(nèi)壁波導(dǎo)光纖4后的光程差會發(fā)生變化，從而引起干涉光譜發(fā)生偏移。通過檢測干涉光譜的偏移量變化就可以實(shí)現(xiàn)對溫度變化的測量。
[0024]圖3是利用圖1所示結(jié)構(gòu)的光纖溫度傳感器測得的在空氣和水中的輸出光譜。其中實(shí)線為空氣中的光譜,虛線為水中的光譜。室溫下空氣的折射率約為I,水的折射率為
1.3327。
[0025]圖4為利用圖1所示結(jié)構(gòu)的光纖溫度傳感器測得的不同溫度下的輸出光譜。其中曲線A為30°C，曲線B為50°C，曲線C為70°C，曲線D為90°C。
[0026]本發(fā)明是基于光纖干涉原理，利用空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的空氣孔和環(huán)形芯具有不同熱光系數(shù)的特性，通過監(jiān)測干涉光譜的偏移來測量溫度的變化。下面以使用寬譜光源進(jìn)行測量為例，具體給出本發(fā)明專利的工作原理。
[0027]如圖2所不的空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖由空氣孔、環(huán)形芯和包層組成。第一傳輸單模光纖的纖芯模經(jīng)第一稱合光纖后轉(zhuǎn)換成空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的空氣模和環(huán)形芯模，空氣模和環(huán)形芯模經(jīng)第二耦合光纖耦合入第二傳輸單模光纖的纖芯中，從而構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀。設(shè)空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的長度為L，空氣模和環(huán)形芯模的有效折射率分別為Ii1和n2。那么根據(jù)干涉原理，兩束光的光程差在干涉譜中干涉極小處等于半波長的奇數(shù)倍，即對于某個干涉極小，有
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，包括寬譜光源、傳輸單模光纖、耦合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖和光譜分析儀；其特征在于:第一傳輸單模光纖的一端通過第一耦合光纖與空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的一端連接，空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的另一端通過第二耦合光纖與第二傳輸單模光纖的一端連接，構(gòu)成集成式光纖馬赫-澤德干涉儀；第一傳輸單模光纖的另一端與寬譜光源連接，第二傳輸單模光纖的另一端與光譜分析儀連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，其特征在于:所述的空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖包括空氣孔、環(huán)形芯和包層，所述的空氣孔位于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的軸心、所述的環(huán)形芯和包層與空氣孔同軸，包層環(huán)繞環(huán)形芯，環(huán)形芯環(huán)繞空氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，其特征在于:所述的空氣孔的直徑范圍為2(^111-8(^111，環(huán)形芯的壁厚為2 4 111-8 4 111，包層的外徑為125 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種折射率不敏感的光纖溫度傳感器，其特征在于:所述的耦合光纖為階躍折射率多模光纖，纖芯直徑不小于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的環(huán)形芯外徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖的溫度傳感器，其特征在于:所述的第一傳輸單模光纖、第一稱合光纖、空心內(nèi)壁波導(dǎo)光纖、第二稱合光纖和第二傳輸單模光纖之間是通過熔融焊接連接的?！?br> 【文檔編號】G01K11/32GK103852191SQ201310740463
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】周愛, 張亞勛, 許全, 楊軍, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學(xué)