一种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器的制造方法
【专利摘要】一种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器，由入射端单模光纤、球状光纤、传感区域单模光纤和反射端面组成，光从入射端单模光纤进入球状光纤，激发出包层模式的光和纤芯模式的光，该两种模式的光经过传感区域单模光纤到达反射端面，反射后重新到达球状光纤发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在传感区域单模光纤中传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而使波形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。本发明的优点是：该光纤传感器结构紧凑，制作简单，输出信号的自由光谱范围一致，消光比相同，测量范围大，在国防、工业生产以及民用领域具有很好的应用前景。
【专利说明】一种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤传感领域，特别是一种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器及 其制作方法。
【背景技术】
[0002] 传感技术、通信技术和计算机技术被称为信息技术的三大支柱。与其他类型的传 感器相比较，光纤传感器具有体积小、传输损耗小、传输容量大、抗电磁干扰、传输传感合二 为一等诸多优点。光纤传感器目前可以直接或间接测量近百种物理量以及化学和生物量， 被广泛应用于国防、电力、石油、建筑、医学等各个领域。
[0003] 根据光纤传感器的工作原理，可以将其分为光纤光栅型、干涉型、光散射型等类 型。干涉型光纤传感器不但具有光纤传感器的优点，还具有结构简单、易于铺设、灵敏度高、 动态响应范围大等优点，成为光纤传感领域的研究热点之一。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述技术分析，提供了一种基于球状结构的反射型光纤干涉 传感器，该光纤传感器结构简单且容易制作，光在经过传感区域后存在纤芯模与包层模的 干涉，根据干涉谷对外界温度、曲率等物理量的敏感性，即可实现对外界物理量的测量。
[0005] 本发明的技术方案：
[0006] -种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器，由入射端单模光纤、球状光纤、传感 区域单模光纤、反射端面组成，光从入射端单模光纤进入球状光纤，激发出包层模式的光和 纤芯模式的光，该两种模式的光经过传感区域单模光纤到达反射端面，反射后的两种模式 的光重新到达球状光纤后发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在传感区域单 模光纤中传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而 使波形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。
[0007] 所述传感区域单模光纤长度为1cm?2cm，球状光纤的直径为160 μ m。
[0008] -种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器的制备方法，步骤如下：
[0009] 1)制作球状端面
[0010] 将单模光纤放置于熔接机内，使用步进电机控制光纤端面超过电极棒170 μ m，放 电量为190bit，放电时间为900ms，放电后光纤端面制得直径为160 μ m的球状端面；
[0011] 2)连接球状端面
[0012] 将步骤1)制得的球状端面和另一根单模光纤放置于熔接机内，球状端面与单模 光纤距离为15 μ m，放电量为80bit，放电时间为1150ms，放电后球状端面与单模光纤烙接 并形成球状光纤。
[0013] 3)制作反射端面
[0014] 将步骤2)制得的球状光纤一端的单模光纤放入光纤切割机中进行切割，形成反 射端面，球状光纤与反射端面的距离为lcm?2cm。
[0015] 本发明的优点和有益效果是：
[0016] 1)本传感器制作简单，结构新颖，成本低廉，仅使用单模光纤即可制作出该光纤干 涉传感器。
[0017] 2)使用反射式传感结构进行测量，结构紧凑，敏感区域长度最小仅为1cm，便于用 户使用。
[0018] 3)该传感器重复性好，输出信号的自由光谱范围一致，消光比相同，便于解调。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为该光纤传感器结构示意图
[0020] 图中：1.入射端单模光纤2.球状光纤3.传感区域单模光纤4.反射端面
[0021] 图2为该光纤传感器实验原理图
[0022] 图中：5.光源6.耦合器7.传感器8.光谱仪
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0024] 实施例：
[0025] -种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器，如附图所示，由入射端单模光纤1、 球状光纤2、传感区域单模光纤3和反射端面4组成，其中传感区域单模光纤长度为lcm? 2cm，球状光纤的直径为160 μ m ;光源5发出的光经过稱合器6进入传感器7,经传感器7的 反射端面4反射的光重新进入耦合器6,耦合器6出来的光进入光谱仪8,当外界参量变化 时，光谱仪8中的波形改变，通过干涉波形的漂移量实现外界参量的测量。
[0026] 该基于球状结构的反射型光纤干涉传感器的制备方法，步骤如下：
[0027] 1)制作球状端面
[0028] 将单模光纤放置于熔接机内，使用步进电机控制光纤端面超过电极棒170 μ m，放 电量为190bit，放电时间为900ms，放电后光纤端面制得直径为160 μ m的球状端面；
[0029] 2)连接球状端面
[0030] 将步骤1)制得的球状端面和另一根单模光纤放置于熔接机内，球状端面与单模 光纤距离为15 μ m，放电量为80bit，放电时间为1150ms，放电后球状端面与单模光纤烙接 并形成球状光纤。
[0031] 3)制作反射端
[0032] 将步骤2)制得的球状光纤一端的单模光纤放入光纤切割机中进行切割，形成反 射端，球状光纤与反射端面的距离为lcm?2cm。即可制得基于球状结构的反射型光纤干涉 传感器。
[0033] 该光纤干涉传感器用于检测温度变化：
[0034] 在25?600°C范围内，温度升高时，波谷和阻带带宽不变，位置向长波方向平移， 测量出这个漂移量，即可计算出温度变化。
【权利要求】
1. 一种基于球状结构的反射型光纤干涉传感器，其特征在于：由入射端单模光纤、球 状光纤、传感区域单模光纤和反射端面组成，光从入射端单模光纤进入球状光纤，激发出包 层模式的光和纤芯模式的光，该两种模式的光经过传感区域单模光纤到达反射端面，反射 后重新到达球状光纤发生干涉；该两种模式的光有不同的有效折射率，在传感区域单模光 纤中传输后存在相位差，该相位差受到热光系数和热膨胀系数的影响发生变化，进而使波 形改变，通过干涉波形的漂移量实现物理量的测量。
2. 根据权利要求1所述基于球状结构的反射型光纤干涉传感器，其特征在于：所述传 感区域单模光纤中长度为lcm?2cm，球状光纤的直径为160 μ m。
3. -种如权利要求1所述基于球状结构的反射型光纤干涉传感器的制备方法，其特征 在于： 其制备步骤如下： (1) 制作球状端面 将单模光纤放置于熔接机内，使用步进电机控制光纤端面超过电极棒170 μ m，放电量 为190bit，放电时间为900ms，放电后光纤端面制得直径为160 μ m的球状端面； (2) 连接球状端面 将步骤（1)制得的球状端面和另一根单模光纤放置于熔接机内，球状端面与单模光纤 距离为15 μ m,放电量为80bit,放电时间为1150ms,放电后球状端面与单模光纤烙接并形 成球状光纤； (3) 制作反射端 将步骤（2)制得的球状光纤一端的单模光纤放入光纤切割机中进行切割，形成反射 端，球状光纤与反射端面的距离为lcm?2cm。
【文档编号】G01K11/32GK104215269SQ201410482342
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】张卫华, 袁硕, 童峥嵘 申请人:天津理工大学