[发明专利]一种基于空芯球形结构光纤的应力和折射率传感器

说明书

本发明提供了一种基于空芯球形结构光纤的应力和折射率传感器，所述传感器包括宽带光源、第一连接光纤、第一空芯球形光纤、中段连接光纤、第二空芯球形光纤、第二连接光纤和光谱分析仪；所述宽带光源、所述第一连接光纤、所述第一空芯球形光纤、所述中段连接光纤、所述第二空芯球形光纤、所述第二连接光纤和所述光谱分析仪依次连接；所述第一空芯球光纤和所述第二空芯球光纤是通过将光纤升温膨胀为气泡而形成的空芯球。本发明提供的传感器，由光纤包层模、纤芯模进行干涉产生对应力的敏感特性，当光纤的应力改变时，导致光纤的长度和空芯球直径都发生改变，透射光谱曲线发生偏移，当光纤传感器进入不同浓度的折射率溶液中时，折射率发生改变。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于空芯球形结构光纤的应力和折射率传感器。

背景技术

光纤传感器目前己被广泛地应用于人们生活的各个方面，在国防、工业、医疗、建筑安全、科学研究等领域发挥着极其重要的作用。近年来，关于不同结构的光纤传感器的研究已有较多报道，如基于光纤光栅、光子晶体光纤(PCF)、马赫曾德尔光纤干涉仪、迈克耳孙干涉仪以及各种微型结构的传感器，均被应用于外界应力和折射率的测量。

光纤M-Z传感器近年来在光纤传感领域引起了很大的研究兴趣，其体积小巧、结构牢固，灵敏度高，马赫曾德尔(M-Z)原理，将一束光首先分离成两束，两束光分别经历不同的光路再合束，由于两束光经历的光路不同，就产生了光程差，当两束光再次合束时则会出现干涉现象。

当前研发和应用于应变和折射率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、使用寿命长短及测量精度等。

公告号为CN 101545791B的中国发明专利公开了一种光纤传感器及其在折射率及应变测量中的应用，该光纤传感器，在圆形光纤上有一段截面为D型的D型光纤段，D型光纤段的平坦面与纤芯的距离为1～3um，D型光纤段刻有布拉格光纤光栅。

公告号为CN 204718708U的中国实用新型专利公开了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，该传感器由宽带光源、输入光纤、输入球形光纤、连接光纤、单模细芯光纤、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，激发起对温度、应变敏感的包层模式，并与连接光纤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，通过连接光纤入射到输入球形光纤中，最后通过输出光纤，入射到光谱仪上；当外界温度、应变改变时，至少两个干涉衰减峰的波长位置会发生移动，通过光谱仪上透射光干涉衰减峰的波长值来实现对温度、应变的双参数同时测量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种基于空芯球形结构光纤的应力和折射率传感器，所述传感器包括宽带光源、第一连接光纤、第一空芯球形光纤、中段连接光纤、第二空芯球形光纤、第二连接光纤和光谱分析仪；所述宽带光源、所述第一连接光纤、所述第一空芯球形光纤、所述中段连接光纤、所述第二空芯球形光纤、所述第二连接光纤和所述光谱分析仪依次连接。

其中，所述第一空芯球光纤和所述第二空芯球光纤是通过将光纤升温膨胀为气泡而形成的空芯球。

其中，所述第一空芯球形光纤和所述第二空芯球形光纤的球形直径为150～190μm。

其中，所述第一空芯球形光纤和所述第二空芯球形光纤的纤芯直径为130～170μm。

其中，所述中段连接光纤的长度为1～5cm。

其中，所述第一连接光纤、所述第二连接光纤和所述中段连接光纤均为单模光纤。

其中，所述第一空芯球形光纤和所述第二空芯球形光纤均由单模光纤制备得到。