[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

说明书

本发明公开了基于FP‑MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器，通过采用40％浓度的氢氟酸对单模光纤端面腐蚀制作出了光纤FP结构，利用锥腰扩大熔接技术对光纤FP尾纤熔接制作光纤MZ干涉结构，制成温度和应变同时测量的传感器，并对温度以及应变传感特性进行测试分析，建立了该系统温度及应变和反射光谱及投射光谱波长之间的数学模型，通过该系统的传感系数矩阵便可以同时监测外界温度和应变双参量变化，该传感器结构简单，制作成本低，测量稳定性好，对应力和温度的交叉敏感问题，具有较高的参考价值，同时在航空航天，生物医学检测以及大型建筑健康监测等方面都具有重要的应用价值，改变了传统传感器只针对单一参量进行测量的问题。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体为基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器。

背景技术

光纤由于本身轻巧，灵敏、抗强电磁干扰、耐高温、信号衰减小等特点，现在已经被人们广泛应用于传感领域。光纤用于传感，可以组网，易于实现智能化，集信息传输与传感于一体，可有效解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。

光纤传感系统的基本原理就是光纤中的如光强、频率、波长、相位以及偏振态等光波参数随外界被测参数变化而变化，通过检测光纤中光波参数的变化达到检测外界被测物理量的目的。

温度和应变是两个对于材料非常重要的物理参数，在材料健康监测、医学检测、工业生产以及大型飞行器件的正常运行都应用广泛，针对温度和应变传感器的研究也越来越多。传统的传感器只针对单一参量进行测量，然而，实际的环境中并非像实验室一样可以控制单一参量的变化，为适应现实环境中复杂的参数变化情况，对温度和应变的同时测量的传感器的研制显得尤为重要。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器，解决了传统的传感器只针对单一参量进行测量，然而，实际的环境中并非像实验室一样可以控制单一参量的变化，不能很好适应现实环境中复杂的参数变化的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：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，具体包括以下步骤：

S1、将单模光纤放入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；

S2、将光纤FP结构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进行椎腰放大熔接，两个椭球形成光纤MZ结构。

优选的，所述单模光纤的端面与光纤FP结构固定连接，所述单模光纤的端面且位于光纤FP结构的尾纤处于光纤MZ结构连接。

本发明还公开了基于FP-MZ结构的温度应变同时测量的干涉型全光纤传感器的研究方法，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；利用腰椎放大熔接技术对光纤FP结构尾纤单模光纤熔接制作光纤MZ结构干涉型传感器；

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。

优选的，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。