[发明专利]光纤传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种光纤传感器(1)，其包括光波导(12)，所述光波导具有至少一个第一芯(11)和围绕所述第一芯(11)的包层(10)，其中所述第一芯(11)实质上在所述光波导(12)的整个长度上延伸，其中所述传感器(1)具有至少一个第二芯(2)，其由所述包层(10)至少部分地围绕，其中所述第二芯(2)的纵向延伸小于光波导(12)的总长度，并且至少一个布拉格光栅(231a,231b,232)被引入到所述第二芯(2)。另外，本发明涉及光纤传感器(1)的应用。

技术领域

本发明涉及一种具有光波导的光纤传感器，光波导具有至少一个第一芯和围绕该第一芯的包层，其中第一芯实质上在光波导的整个长度上延伸。本发明也涉及此传感器的应用。

背景技术

从US7,813,599B2得知用以装备具有三个芯的光波导。这些芯中的每一个应具有多个布拉格光栅(Bragg gratings)。耦入芯中的光在光纤光栅上一部发生反射，并且一部分发生透射。被反射波长及/或被反射波长范围与布拉格光栅的光栅常数相关联。

在制造布拉格光栅时，光栅常数即被确定，而在制造之后，光栅常数会受到机械张力或温度的影响发生改变。一旦光波导有曲率，则三个芯具有不同的曲率半径，且因此每个芯具有不同的机械张力。举例来说，接近曲率中心的芯被压缩，并且远离曲率中心的芯被拉伸。因此，空间中的光波导的形状可通过确定由布拉格光栅反射的波长来确定。

然而，此已知的传感器具有的缺点是，需要用于将光耦入和耦出三个芯的昂贵光学系统。由于三个芯必须个别读出，则对每个被反射波长的光谱检测方面的要求所有增加。如果光波导的形状随时间改变，则对来自所有芯的被反射光谱的测量也必须被同步。

发明内容

在此公知传感器的基础上，本发明的目的是提供一种光纤传感器，其容易制造，并且可以毫不费力地进行操作。

根据本发明的光纤传感器具有至少一个光波导。在本发明的一些实施例中，光纤传感器具有正好一个光波导。光波导可以具有实质上圆柱形外轮廓，并以它的纵向沿一个工具延伸，例如沿着内窥镜或沿着导管延伸。如果内窥镜或导管不具有直线性形状，工具的确切形状可以在空间中通过确定光纤传感器的曲率来确定。如果某一点的绝对坐标或位置是已知的，则工具的所有部件及/或部分的绝对位置也可以被确定。另外，工具可以通过比较工具的实际形状与存储的图像数据来操纵。图像数据可以例如包含地层剖面，从而使得钻孔的过程及/或钻孔工具的位置可被确定。图像数据可以例如是人或动物身体的血管系统的数据，以便能够确定导管在身体中的位置。

在本发明的其他实施例中，光纤传感器可以是玻璃或塑料板的部件。在本发明的又一实施例中，光纤传感器可以是容器或导管的部件，以便能够确定此导管的形状及/或在光纤传感器附近的可预先给定的分子的浓度。

光波导具有至少一个第一芯，其实质上在光波导的整个长度上延伸。第一芯通过包层来围绕，包层具有低于该至少一个芯的折射系数。因此，耦入芯中的光可以通过在沿光波导的纵向延伸的芯和包层之间的边界的全反射来导引。在本发明的一些实施例中，芯和包层可以由石英玻璃构成，其中芯的折射系数不同于通过使用锗或磷掺杂的包层的折射系数。

在本发明的其他实施例中，光波导可以由高分子材料构成，其中芯和包层之间的折射系数的所需比率通过不同组合物、不同交联或掺杂来获得。

几何定义的边界可以在芯和包层之间形成。在本发明的其他实施例中，芯可以连续地过渡到包层，从而使得有效芯直径可根据波长及/或入射角得出。

在本发明的一些实施例中，可选的保护涂层可以被施加到包层的外部，所述保护涂层防止散射光的入射及/或增加光波导的机械负载能力及/或方便附着及/或嵌入到工具上或工具中。

根据本发明，现在提出的是，传感器具有至少一个第二芯，其由包层至少部分地围绕，并且第二芯的纵向延伸小于光波导的整个纵向延伸。