[发明专利]一种光纤传感器及其检测平台和方法

说明书

本发明公开了一种光纤传感器及其检测平台和方法，属于光纤传感技术领域，它由光纤探头构成，包括入射区、传感区和光纤末段，还包括拉锥区，所述的传感区一端与一个拉锥区和入射区依次连接，所述的传感区的另一端与另一个拉锥区和光纤末段一端依次连接。它可以增大传感器的灵敏度。平台包括支架，支架由竖直面和水平面构成，所述的竖直面上设有用于固定以上所述的光纤探头的固定部，所述水平面上设有承载容器的凹洞。针对现有技术的光纤传感器检测灵敏度低的问题，它对普通拉锥光纤串进行加工，可以提高锥形光纤传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤传感器及其检测平台和方法。

背景技术

温度和液体参数的检测分析在石油、化工、制药、食品以及环境监测等行业中有着广泛的应用，其中，液体的检测包括多个参数，例如液体的成分、折射率、浓度、表面张力、浑浊度、pH值以及粘度等等。对液体成分进行检测的方法有很多种，除了传统的物理化学方法外，还有分光光度测量、液相色谱等方法也被广泛应用，但这些液体检测的方法多数功能比较单一，检测效率低，且成本较高。光纤传感器已成为测量液体的折射率和浓度的较为实用的方法，微纤维因具有与基于光纤光栅的传感器相似的灵敏度，同时制造成本较低并且相对更容易制造的特点(通常仅需要熔接机来实现)，逐渐被发现并广泛应用。近来有许多微纤维结构已经被报道，如超细纤维环路谐振器(MLR)，超细纤维线圈共振器(MCR)，超细纤维结共振器，超细纤维马赫-曾德干涉仪(MMZI)等。

在现有的检测平台中，较多的通过适当改变光纤结构来提高光纤传感器的灵敏度。研究发现，在改变光纤结构时，采用的方法有多种：对普通光纤进行拉锥，增加倏逝场长度，或是增加多个锥体结构(倏逝场)，或是改变直线拉锥光纤结构为U形探头结构，以及改变光纤中光波的传输方式为反射方式等，均可在一定程度上提高光纤传感器的灵敏度。

2008年4月15日发表在IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.20,NO.8上的论文《Refractive Index Sensing With Mach–Zehnder Interferometer Based onConcatenating Two Single-Mode Fiber Tapers》，Zhaobing Tian等研究了直线结构的拉锥光纤串的高灵敏特性，并用于液体折射率的检测。

2013年2月发表在IEEE SENSORS JOURNAL,VOL.13,NO.2上的论文《InlineMicrofiber Mach-Zehnder Interferometer for High Temperature Sensing》，AliAbdulhadi Jasim,等研究了基于马赫曾德尔干涉的拉锥光纤串传感器的高温敏感特性，首先对普通光纤拉锥，制成一个锥体结构，然后在锥体结构上，再进行拉锥。

2013年9月17号发表在10.1049/iet-opt上的论文《Microcontroller-basedinstrumentation system for measurement of refractive index of liquid usingbare,tapered and bent fibre as sensor》，Shakuntala Laskar等研究的是基于微控制器系统上，使用去除包层的弯曲锥形多模光纤传感器，在拉锥段上弯曲成U形，制成探头，去检测液体的折射率；该论文主要涉及到对电路的设计，元器件的选择及连接。

由于光纤本身极易折断，且倏逝场部分光纤更为纤细、敏感；因此无论直线型拉锥结构或是U形探头结构，传感器较长的倏逝场，在一次液体检测完成后，均存在清洗不便的问题，清洗时会对拉锥区造成损伤，影响下次液体检测。而在拉锥段加上U行结构，存在加工难度大，对两侧拉锥区的一致性要求高，结构复杂，使得该类传感器的封装、使用更为困难，这在现实操作中实现难度大，不具有推广使用的意义，且成本较高；另外，直线结构的拉锥光纤在用于检测小规模微量液体时，不能与液体充分接触，检测也较为困难；上述结构的光纤传感器在灵敏度要求较高的场合均无法推广使用。

发明内容