[发明专利]基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器

权利要求书

1.基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、将单模光纤(1)放入40％浓度的氢氟酸溶液中进行腐蚀，并利用熔接放电法制得光纤FP结构(2)；

S2、将光纤FP结构(2)尾纤与另一小段长约6cm的光纤进行熔接，并对其椎腰进行放大形成椭球状，将该段光纤与另一端面切平的单模光纤(1)进行椎腰放大熔接，两个椭球形成光纤MZ结构(3)。

2.根据权利要求1所述的基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器，其特征在于：所述单模光纤(1)的端面与光纤FP结构(2)固定连接，所述单模光纤(1)的端面且位于光纤FP结构(2)的尾纤处于光纤MZ结构(3)连接。

3.基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器的研究方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1：利用氢氟酸、光纤熔接机、宽带光源和光谱分析仪、单模光纤(1)等实验用品和器件搭建了基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器系统；

步骤2：首先利用氢氟酸对光纤端面腐蚀并与另一端面切平的光纤进行熔接放电制备光纤FP结构(2)；利用腰椎放大熔接技术对光纤FP结构(2)尾纤单模光纤熔接制作光纤MZ结构(3)干涉型传感器；

步骤3：利用制作的光纤传感器组成的传感系统完成温度应变特性研究。

4.根据权利要求3所述的基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器的研究方法，其特征在于：所述步骤1中的氢氟酸浓度40％，光纤型号为SMF-28，光谱分析仪的工作波长范围1200nm--2400nm，最小分辨精度为0.05nm。

5.根据权利要求3所述的基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器的研究方法，其特征在于：所述步骤3中的系统对传感器的温度及应变特性进行测试；根据光纤FP结构(2)的反射谱特性以及光纤MZ结构(3)的透射谱特性随温度以及应变的变化情况进行研究；分别在30℃--150℃温度以及0με--450με应变范围内对传感器谐振波长随温度以及应变变化的漂移量进行线性拟合，得到光纤传感器的测量灵敏度以及精度。

6.根据权利要求3所述的基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器的研究方法，其特征在于：在步骤3中，当环境温度和应变发生变化时，传感器反射谱和透射谱波长分别发生不同的漂移，利用灵敏系数矩阵通过光纤传感器反射及投射波长变化值求解方程得到相应的温度与应变值，外界温度和应变的变化时，反射谱和透射谱波长的变化Δλ₁，Δλ₂和与温度变化ΔT和应变变化Δε成近似的线性关系，写作：

Δλ₁＝K₁₁ΔT+K₁₂Δε (1)

Δλ₂＝K₂₁ΔT+K₂₂Δε (2)

其中：K₁₁，K₁₂，K₂₁，K₂₂分别为反射谱温度灵敏度系数和应变灵敏度系数以及透射谱温度灵敏度系数和应变灵敏度系数，联立式(1)和式(2)，可以得到温度和应变的变化量与光谱波长的变化矩阵为：

对式(3)求其逆矩阵，可得：

通过实验分别测得K₁₁，K₁₂，K₂₁，K₂₂，带入(4)式即可得到ΔT和Δε，实现温度和应变双参量同时测量。