一种sms型并联多路复用光纤传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种光纤传感器，尤其是一种SMS型并联多路复用光纤传感器。
【背景技术】
[0002] 光纤传感器因其抗电磁干扰能力强，体积小，响应速度快，以及能在恶劣环境下工 作和方便远程监控遥感测量的优点，而受到广泛研宄。
[0003] 近年来，各种结构和制造技术已被应用于构建不同类型的光纤传感器，如长周期 光纤光栅（LPFGs)，布拉格光纤光栅（FBG)，光子晶体光纤干涉仪以及用飞秒激光器制备的 各种光纤干涉仪。除了这些需要昂贵的光纤和复杂的制作工艺的结构之外，还有一些低成 本的光纤结构，如纤芯直径不匹配光纤结构，花生型光纤结构，单模_细芯-单模光纤结构 以及突锥型光纤结构。基于这些光纤结构的光纤传感器在测量温度，应力和折射率等方面 具有良好的表现，但是由于它们对于应力，折射率和温度的交叉灵敏度都很高，导致它们的 测量精度很低，且不能同时测量多个物理量。
【发明内容】
[0004] 为了克服目前光纤传感器存在的制备复杂、交叉灵敏度高等问题，本实用新型提 供了一种SMS型并联多路复用光纤传感器，具有制备简单、成本低、灵敏度高和量程大的优 点。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0006] 一种SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：该传感器包括输入光纤耦合 器、多个并联的单模-多模-单模光纤干涉仪和输出光纤耦合器，且将多个多模光纤长度不 同的单模-多模-单模光纤干涉仪两端分别与输入光纤耦合器，输出光纤耦合器连接形成 并联结构的光纤传感器。
[0007] 所述输入光纤親合器和输出光纤親合器为同型号的波导式Y型分支路光纤f禹合 器。
[0008] 所述单模-多模-单模光纤干涉仪是将单模光纤、多模光纤、单模光纤依次熔接而 成，其中的单模光纤为同类型的通讯单模光纤，其纤芯直径和包层直径分别为8微米和125 微米；多模光纤为阶跃型多模光纤，纤芯直径为60-105微米。
[0009] 本实用新型的具体工作原理是：通过精确地切割多模光纤的长度，使得多模 光纤自成像的位置位于多模光纤的切割点处，从单模光纤入射到多模光纤的光在多模 光纤中圆对称地激发偶数模，在多模光纤轴向传播方向上周期性地出现单模光纤耦合 输入场的自映像。形成单重自映像的长度L(定义熔接点处长度为0)可近似表示为：
:其中：P表示自映像的周期数；LT为形成单重自映像的周期长度；nMF 和DMF分别表不多模光纤纤芯的有效折射率和直径；X〇为光在真空中的波长。单重自映 像表现在透射谱中就是一个具有最大光强输出的波峰，当不同多模光纤长度的"单模-多 模-单模"结构光纤干涉仪并联在一起时，透射谱中就会出现多个中心波长不同的具有最大 光强输出的波峰，当不同外界因素作用在不同多模光纤长度的光纤干涉仪上时，光纤的长 度、折射率等发生变化，从而使得多模光纤的自映像点发生漂移，表现在光谱仪上为不同波 峰各自的漂移。通过测量外界参量变化时对应的波峰的漂移量，就能解调出外界参量的信 息。
[0010] 本实用新型的有益效果是：该光纤传感器制备简单，成本低，测量量程大，灵敏度 高，且可在互不干扰的情况下，同时测量多个物理参量。
【附图说明】
[0011] 图1是"单模-多模-单模"三段式结构的光纤干涉仪结构示意图。
[0012] 图2是光纤传感器测试系统示意图。
[0013] 图3是光纤传感器测量应力的透射光谱示意图。
[0014] 图4是光纤传感器同时测量温度和应力的透射光谱示意图。图中，1单模光纤，2 多模光纤，3第一光纤干涉仪，4第二光纤干涉仪，5宽带光源，6输入光纤親合器，7输出光纤 親合器，8光纤光谱仪。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地说明：
[0016] 如附图1所示，所述的"单模-多模-单模"三段式结构的第一光纤干涉仪3包括 单模光纤1和多模光纤2,其制备流程为：量取芯径为105微米、长度为74毫米的多模光纤， 用光纤切割刀精确切割，将单模光纤，多模光纤和单模光纤依次熔接在一起，形成三明治结 构。量取中间多模光纤的长度为74. 5微米，以同样方法可制备第二光纤干涉仪4。
[0017] 如附图2所示，将已制备的第一光纤干涉仪3和第二光纤干涉仪4分别与输入光 纤親合器6、输出光纤親合器7相连接，形成并联结构，再将输入光纤親合器6、输出光纤親 合器7分别与宽带光源5、光纤光谱仪8相连接即可组成所述的光纤传感器测试系统。
[0018] 实施例一
[0019] 参照图2
[0020] 将第一光纤干涉仪3固定于可移动平台上，第二光纤干涉仪4固定于光学平台上。 调节可移动平台，从而对第一光纤干涉仪3施加可变的纵向应力。如附图3所示，由于第一 光纤干涉仪3和第二光纤干涉仪4中多模光纤的长度不同，它们的单重自映像即为图中两 个具有最大光强输出的波峰，当外界应力改变时，第一光纤干涉仪3的自映像点发生漂移， 从而光谱仪上属于第一光纤干涉仪3的波峰发生漂移，而第二光纤干涉仪4由于被固定在 光学平台上，其自映像点未发生漂移，故属于第二光纤干涉仪4的波峰也未发生漂移，从图 3中可以发现，本光纤传感器测试系统在各光纤干涉仪互不干扰的情况下，可实现多路传感 复用。
[0021] 实施例二
[0022] 参照图2
[0023] 将第一光纤干涉仪3固定于可移动平台上，第二光纤干涉仪4固定于温度场中。调 节可移动平台，对第一光纤干涉仪3施加可变的纵向应力，同时，改变温度场中的温度，使 得第二光纤干涉仪4周围环境温度发生改变。由图4可知，当外界应力改变时，第一光纤干 涉仪3的自映像点发生漂移，从而光谱仪上属于第一光纤干涉仪3的波峰发生漂移；而当周 围环境温度改变时，第二光纤干涉仪4的波峰也会发生漂移。但从图4中可以发现，由于所 述光纤干涉仪的应力灵敏度和温度灵敏度不同，从而漂移量也不同，因此本光纤传感器测 试系统在各光纤干涉仪互不干扰的情况下，可实现多路传感复用。
[0024] 在应用时，可先对所述光纤干涉仪进行定标，将定标过的光纤干涉仪与上述光学 器件组成光纤传感器测试系统，分别将不同多模光纤长度的光纤干涉仪置于不同环境下， 对不同物理参量进行测量，根据测量得到的透射光谱中特征峰波长值和定标函数关系，即 可获知待测物理参量的信息。
【主权项】
1. 一种SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：该传感器包括输入光纤耦合器、 多个并联的单模-多模-单模光纤干涉仪和输出光纤耦合器，且将多个多模光纤长度不同 的单模-多模-单模光纤干涉仪两端分别与输入光纤耦合器，输出光纤耦合器连接形成并 联结构的光纤传感器。2. 根据权利要求1所述的SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：所述输入光 纤親合器和输出光纤親合器为同型号的波导式Y型分支路光纤親合器。3. 根据权利要求1所述的SMS型并联多路复用光纤传感器，其特征在于：单模-多 模-单模光纤干涉仪是将单模光纤、多模光纤、单模光纤依次熔接而成，其中的单模光纤为 同类型的通讯单模光纤，其纤芯直径和包层直径分别为8微米和125微米；多模光纤为阶跃 型多模光纤，纤芯直径为60-105微米。
【专利摘要】本实用新型公开了一种SMS型并联多路复用光纤传感器，它是将多根多模光纤长度不同的“单模-多模-单模”三段式结构的光纤干涉仪分别与光纤耦合器连接形成并联结构，利用多路复用的特性，可以对多个物理参量如温度，应力等同时进行测量。本实用新型制备简单，成本低，且可以对多个参量在互不干扰的前提下进行同时测量。
【IPC分类】G01D21/02
【公开号】CN204630604
【申请号】CN201520041342
【发明人】刘亚铭, 徐贲, 欧钰婷
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年1月19日