[发明专利]一种基于马赫曾德干涉的光纤传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种基于的马赫曾德干涉的光纤传感器。

背景技术

曲率测量在机械结构监控、机器人臂、土木工程和结构健康监测等领域都有广泛的应用。相比传统的传感器，光纤传感器因为电无源操作、不受电磁干扰、灵敏度高、体积小等优点而广受人们青睐。基于光纤线内的马赫曾德干涉仪因其结构紧凑、制作容易和成本低的优点受到人们极大的关注，通过在单模光纤中引入一个模式分束器和一个模式合束器就可以形成。人们也提出了许多基于马赫曾德干涉结构的光纤线内曲率传感器。有基于锥形结构的，基于光纤光栅的或基于长周期光栅（两个级联的长周期光栅其中一个可将纤芯模耦合到包层，而另一个起着相反的作用），还有基于不同光纤类型的组合（如单模-多模-单模光纤结构，或在两段单模光纤中加入保偏光纤）等。其中Monzon-Hernandez等人于2011年提出的在单模光纤上级联两个锥形结构用于曲率的测量，因为采用强度调制，测量精度受到光源功率影响，同时温度的影响也没有考虑。基于光纤光栅和不同光纤类型组合的这些传感器都存在温度交叉敏感的影响，而很多基于光子晶体光纤的曲率传感器因为温度灵敏度较低而没有被考虑。

在环境监测方面（如地震和火山），对应力导致的弯曲和温度的变化量同时进行监测是非常必要的。Zhou yan等人（Vol.284(24),Optics Communications,2011）结合光子晶体光纤和光纤布拉格光栅实现了曲率和温度的同时测量。Yin Guolu等人于2012年提出了一种基于侧漏型光子晶体光纤的sagnac干涉仪用于曲率和温度的同时测量。但是光子晶体光纤的成本较高,不易于大量生产，而光纤光栅的制作也需要昂贵的激光器、掩膜板以及精细的刻写技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服已有的曲率传感器的不足，提供了一种结构简单易于制作、成本低适于大量生产，可以同时测量曲率和温度的光纤传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于的马赫曾德干涉的光纤传感器，包括第一单模光纤、第二单模光纤和第三光模光纤，所述第一单模光纤与第二单模光纤通过超陡锥超陡锥熔接点连接，所述第二单模光纤与第三单模光纤通过横向偏移熔接点连接；在所述超陡锥熔接点处，第一、第二单模光纤的纤芯同轴熔接，第一、第二单模光纤的包层呈超陡锥熔接，在所述横向偏移熔接点处，第二单模光纤与第三单模光纤的纤芯、包层横向偏移熔接，所述横向偏移量为4～6μm；所述第二单模光纤的长度为5mm～10cm。

在所述超陡锥熔接点处部分纤芯模耦合到包层传输，在横向偏移熔接点处包层模重新耦合到纤芯传输，因此，超陡锥熔接点起到了模式分束器，横向偏移熔接点起到了模式合束器的作用，这样就形成了一个马赫泽德干涉仪。在透射光谱上的谷值波长l满足：

2πλΔQ=(2m+1)π---(1)]]>

其中，ΔQ为纤芯模和包层模传输的光程差，m为整数。

光纤弯曲时，几何形变导致弯曲光纤段的折射率分布也发生变化，在包层中传播的模式和纤芯中传播的模式的折射率发生变化，同时，包层模和纤芯模传输的长度也发生了变化，导致光程差发生变化，从而透射光谱的谐振波长发生漂移。

所述传感器两个谷值波长漂移对曲率和温度的灵敏度不一样，通过矩阵法可实现对两个参量的同时测量，有：