[实用新型]一种基于球形和细芯光纤的温度和应变同时测量的传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及温度、应变检测技术、光纤传感技术，利用的是球形光纤、单模细芯光纤对外界温度、应变变化的灵敏特性以及不同外界温度、应变会使透射光衰减峰的波长值发生改变的方法，具有结构简单、体积小、响应速度快、灵敏度高、安全可靠等诸多优点，它属于光纤温度、应变传感领域。

背景技术

光纤传感器与传统的电、化学传感器相比具有很多优点，特别是光纤工作频率宽，动态范围大，是一种低损耗传输线，并且由于体积小、质量轻、抗辐射性好等特点，成为替代传统传感器的商品。光纤传感器自问世以来，开始逐渐适用于电力系统、建筑、化工、海洋开发等领域，并已取得了许多实际应用成果。

当前研发和应用于温度、应变的光纤传感系统主要有布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅、保偏光纤和长周期光纤光栅、布拉格光纤光栅和腰椎放大多模光纤等，但是这些传感系统在实际应用中还需考虑许多因素，比如传感器的制作成本，使用的寿命长短，测量的精度，光检测器波长分辨率的大小等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述产生的问题，满足实际的工作需求，提出一种温度和应变同时测量的球形和单模细芯的光纤传感器，该系统结构简单、设计合理，成本低廉、直接实时、结果有效准确。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种温度和应变同时测量的球形和单模细芯的光纤传感器，由宽带光源、输入光纤、输入球形光纤、连接光纤、单模细芯光纤、连接光纤、输出球形光纤、输出光纤、光谱仪构成。从宽带光源发出的光经输入光纤入射到输入球形光纤后，激发起对外界温度、应变敏感的包层模式，并与连接光纤中的芯层模式发生马赫-曾特干涉，之后输出光经过单模细芯光纤，由于纤芯不匹配部分光耦合进入到包层中，将同时在细芯单模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模，并会在细芯和单模光纤的熔接点处再次耦合进入连接光纤，通过连接光纤入射到输入球形光纤中，最后输出光通过输出光纤，入射到光谱仪上；当外界温度、应变改变时，干涉衰减峰的波长位置会发生相应改变，通过检测光谱仪上透射光干涉衰减峰的波长值来实现对外界温度、应变的同时测量。

透射谱干涉满足的条件为：

2π[neffco(λ)-neffcLj(λ,ne)]·LλD=(2k+1)π]]>

式中为单模细芯光纤纤芯的有效折射率，为单模细芯光纤包层中第j阶模式的有效折射率，L为单模细芯光纤的长度，λ_D为干涉衰减峰对应的波长值，则λ_D可以表示为