专利名称：一种sms光纤结构复用传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术领域，具体为一种基于SMS光纤结构复用实现温度、应力、折射率等多参数同时测量的光纤传感器。
背景技术：
光纤传感器具有许多传统的传感器不可比拟的优点，如灵敏度高、体积小、绝缘性好、可实现分布测量等优点，很多物理量如压力、温度、应力(应变)、磁场、折射率、形变、微振动、微位移和声压等都能用光纤传感技术进行高精度测量。由于光纤传感器本身的优势，不断有新型传感器问世。其中，基于单模光纤-多模光纤-单模光纤(SMS)结构的多模光纤传感器和基于光时域反射的分布式光纤传感技术发展速度迅猛，这种多模光纤传感器最重要的部分是SMS光纤结构，传感头是多模光纤。SMS 光纤结构是将多模光纤通过单模光纤接入光纤系统，外界环境的变化引起该结构透射性能发生变化，通过监测透射性能的改变实现环境参量的测量。目前出现的与本发明相似的光纤温度传感器，是经过封装的SMS光纤结构，此结构简单，制造容易，光纤温度传感器的灵敏度达到-3. 915nm/°C。然而这种传感器无法实现级联，只能实现单一参量测量，使得传感器的成本很高。光时域反射仪工作的依据是光的背向散射原理。光纤的背向散射是由瑞利散射和菲涅耳散射反射引起的，菲涅耳反射是由折射率变化引起的，一般发生在接续点、对接处和光纤的端面。背向散射是由于介质不均勻引起的散射光中，会有一部分光沿着光路传输的相反方向传回发送端。光时域反射仪就是利用光纤中背向散射光的强度有一定规律的原理来进行测量的。基于光时域反射(OTDR)的分布式光纤测量技术最显著的优点是可以准确地测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动和损伤等信息，无需构成回路。目前公开的基于OTDR 的光纤传感器，采用特殊的光纤，通过光时域反射方法解调来测量高温，OTDR用来确定沿光纤不同位置处的不同损耗，达到实时监测的目的，但是该方法也只能测量单一参数，无法进行环境复杂的多参数测量。光时域反射仪沿光纤长度进行数据采集和处理，精确分析每一处信息的变化，也就是说光时域反射仪可以实时监测连入的多个结构处光强的变化情况，为实现多个光纤传感器复用提供了可能。
发明内容本发明的目的是提供一种借助光时域反射方法解调多个SMS光纤结构的反馈信号实现多参数同时测量的光纤传感器。本发明的目的是这样实现的由光时域反射仪连接至少2个SMS光纤结构组成，其中SMS光纤结构由一段多模光纤在两端连接单模光纤组成。
3[0010]本发明还可以包括1.所述的SMS光纤结构以串联方式连接在一起。2.所述的SMS光纤结构分别连接在耦合器的不同分路上。3.每条耦合器分路上连接至少2个SMS光纤结构，这些SMS光纤结构以串联方式
连接在一起。4.所述的SMS光纤结构中多模光纤的长度为SMS光纤结构的自像点距离。本发明的优点主要体现在该传感器可以准确测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动和损伤等信息无需构成回路。解调基于多模干涉原理，通过实时监测各个SMS光纤结构处光损耗的变化，实现多个SMS光纤结构的复用，能够对温度、应力、折射率等多参量进行同时测量，降低了传感系统的成本，结构简单，制作容易，灵敏度高。
图1为SMS光纤结构串联复用实现多参数同时测量的光纤传感器示意图；图2为SMS光纤结构并联复用实现多参数同时测量的光纤传感器示意图；图3为SMS光纤结构的结构示意图；图4为腐蚀后的SMS光纤结构的结构示意图；图5为光时域反射损耗示例图。
具体实施方式
下面对本发明具体技术方案作进一步说明。SMS光纤结构复用传感器采用大芯径多模光纤做传感头，导入端和导出端的单模光纤为标准单模光纤。当多模光纤的参数合适，单个SMS光纤结构可用来测量温度、应力、 折射率等某一参量的变化，多个SMS光纤结构复用便可以实现多个参量同时测量。光时域反射仪沿光纤长度进行数据采集和处理，可以在线实时监测并显示各个SMS光纤结构处的光损耗情况，如串联在一起的SMS光纤结构可分别监测折射率、温度或应力等参数的变化， 外界参量发生改变则光时域反射仪上显示的各处光损耗大小也会随之改变。通过确定光损耗的变化来定量分析温度、应力、折射率等参数的变化情况，最终实现多参数同时测量。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，参照附图结合具体的实施例， 对本发明进行详细的说明。如图1所示，图1为SMS光纤结构串联复用实现多参数同时测量的光纤传感器示意图。该图显示的是多个SMS光纤结构的串联复用，这些SMS光纤结构通过单模光纤相连。 光时域反射仪沿光纤长度进行数据采集和处理，各个SMS光纤结构末端输出的光强随外界条件的改变而发生变化，并被光时域反射仪所探测。这种解调不是利用单模和多模光纤的焊接端面反射，而是基于多模干涉原理，通过实时监测各个SMS光纤结构处光损耗的变化， 实现SMS光纤结构传感的复用。如图2所示，图2为SMS光纤结构并联复用实现多参数同时测量的光纤传感器示意图。该图显示的是多个SMS光纤结构传感器的并联复用，由于光时域反射仪是沿光纤长度进行数据采集和处理，我们通过控制入射单模光纤长度的不同保证各个SMS光纤结构处于长度不同的位置。在需要时，采用其它连接方式也是可以的，比如串并联结合等。如图3所示，图3为SMS光纤结构的结构示意图。SMS光纤结构由两段单模光纤和连接在它们之间的一段多模光纤构成，这种结构采用大芯径多模光纤做传感头，导入端与导出端的单模光纤为标准单模光纤。为使传感头更灵敏，多模光纤的芯径为105um，长度等于自像点距离，约为5cm左右。当外界条件改变，SMS光纤结构传感器的透射性能也发生变化，导致从单模输出光纤输出的光强随之变化，通过实时监测光强的改变来完成环境参量的测量。如图4所示，图4为腐蚀后的SMS光纤结构的结构示意图。当其中一个SMS光纤结构用来测量环境折射率时，为提高测量灵敏度，需用浓度为40%的氢氟酸对多模光纤包层部分进行腐蚀，来减小包层厚度。如图5所示，图5为光时域反射损耗示例图。光时域反射仪(OTDR)向被测光纤发送光脉冲，当光脉冲通过光纤传输时沿光纤长度上的各点均会引起散射，在光纤断纤点或端面会产生菲涅尔反射。光纤各点的散射光和反射光的强弱与传输到该点的光功率有关， 所以返回到输入端的反射和散射光的强弱也就反映了信号沿光纤的衰减情况。如图所示， 光时域反射仪可以在线监测并显示光纤不同距离处的光损耗情况，光损耗的变化实时反映各个SMS光纤结构处感应的外界参量的变化，如外界折射率发生改变则光时域反射率发生改变则光时域反射仪上显示的光损耗大小也会随之变化。光时域反射仪向被测光纤发送光脉冲，当光脉冲通过光纤传输时沿光纤长度上的各点均会引起散射，在光纤断纤点或端面会产生菲涅耳反射。光纤各点的散射光和反射光的强弱与传输到该点的光功率有关，所以返回到输入端的反射和散射光的强弱也就反映了信号沿光纤的衰减情况。以上所述的具体实施例，对本发明的具体制备方法做了进一步的详细说明。本发明借助光时域反射方法解决了多个SMS光纤结构传感器复用的问题，实现了温度、折射率、 应力等多参数同时测量，降低了传感系统的成本，结构简单，制作容易，灵敏度高。
权利要求1.一种SMS光纤结构复用传感器，其特征是由光时域反射仪连接至少2个SMS光纤结构组成，其中SMS光纤结构由一段多模光纤在两端连接单模光纤组成。
2.根据权利要求1所述的SMS光纤结构复用传感器，其特征是所述的SMS光纤结构以串联方式连接在一起。
3.根据权利要求1所述的SMS光纤结构复用传感器，其特征是所述的SMS光纤结构分别连接在耦合器的不同分路上。1
4.根据权利要求3所述的SMS光纤结构复用传感器，其特征是每条耦合器分路上连接至少2个SMS光纤结构，这些SMS光纤结构以串联方式连接在一起。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的SMS光纤结构复用光纤传感器，其特征是所述的SMS光纤结构中多模光纤的长度为SMS光纤结构的自像点距离。
专利摘要本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体为一种基于SMS光纤结构复用实现温度、应力、折射率等多参数同时测量的光纤传感器。由光时域反射仪连接至少2个SMS光纤结构组成，其中SMS光纤结构由一段多模光纤在两端连接单模光纤组成。本实用新型还可以包括所述的SMS光纤结构以串联方式连接在一起。所述的SMS光纤结构分别连接在耦合器的不同分路上。每条耦合器分路上连接至少2个SMS光纤结构，这些SMS光纤结构以串联方式连接在一起。所述的SMS光纤结构中多模光纤的长度为SMS光纤结构的自像点距离。本实用新型实现了温度、应力、折射率等多参量同时测量，降低了传感系统的成本，结构简单，制作容易，灵敏度高。
文档编号G01D21/02GK202267497SQ20112039674
公开日2012年6月6日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者孙伟民, 张安娜, 张建中, 彭石军, 苑立波, 郝倩倩 申请人:哈尔滨工程大学