基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器的制作方法

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于马赫曾德尔光纤传感结构的位移温度双参数检测光纤传感器。

背景技术：

光纤传感器具有诸多优良特性，可实现复杂环境下的测量工作具有非常广泛的应用价值。它具有抗电磁干扰、抗辐射、灵敏度高、重量轻、绝缘防爆、耐腐蚀等特点，且光纤尺寸微小，具有良好的光传输性能。而纯石英光纤制备的光纤传感器由于其材料的特殊性，对辐照的抗性相较其他材料的光纤传感器有了非常大的提升。因此，申请人提供一种基于多模-单模-多模熔接的位移温度双参数检测的光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，有非常好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，有非常好的应用前景。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔结构，马赫曾德尔光纤传感结构通过纤芯的不完全匹配，使输入端多模光纤纤芯的一部分光进入到单模光纤的包层中，成为包层模，之后又通过单模光纤进入到输出端多模光纤时发生模间干涉从而形成干涉条纹对物理量进行测量；所述单模光纤上刻写有布拉格光栅；所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。

作为本方案的一种优选，所述马赫曾德尔光纤传感结构的制作方法包括：

步骤1）选择纤芯为纯石英纤芯的单模光纤，对单模光纤进行开窗，通过激光刻写工艺在单模光纤上刻写布拉格光栅；

步骤2）选择纤芯为纯石英纤芯的输入端多模光纤、输出端多模光纤，将输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次进行熔接，得到马赫曾德尔光纤传感结构。

作为本方案的一种优选，所述步骤1）中激光刻写工艺采用飞秒激光器，飞秒激光器发出超窄脉宽飞秒激光，经聚焦物镜聚焦至已开窗的单模光纤的纤芯上，刻写布拉格光栅。

本发明的有益效果是：本发明提供一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，可用于形变和温度检测，通过观察布拉格光栅的透射谱波谷以及干涉谱的某一特征波谷的漂移，可以同时测量温度和位移。

附图说明

图1为实施例2制作的马赫曾德尔结构的结构示意图；

图2为实施例3所述测试系统的结构示意图；

图3为根据位移对传感器的透射谱光谱影响绘制的传感器的透射谱光谱图；

图4为根据位移对传感器的透射谱光谱影响绘制的传感器的透射谱光谱图；

图5为根据位移、温度对传感器的透射谱光谱同时影响绘制的传感器的透射谱光谱图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔光纤传感结构，马赫曾德尔光纤传感结构通过纤芯的不完全匹配，使输入端多模光纤纤芯的一部分光进入到单模光纤的包层中，成为包层模，之后又通过单模光纤进入到输出端多模光纤时发生模间干涉从而形成干涉条纹对物理量进行测量；所述单模光纤上刻写有布拉格光栅；所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。

实施例2

所述马赫曾德尔光纤传感结构的制作方法包括：

步骤1）选择纤芯为纯石英纤芯的单模光纤1，对单模光纤1进行开窗，通过激光刻写工艺在单模光纤1上刻写布拉格光栅；激光刻写工艺采用飞秒激光器，飞秒激光器发出超窄脉宽飞秒激光，经聚焦物镜聚焦至已开窗的单模光纤1的纤芯上，刻写布拉格光栅；

步骤2）选择纤芯为纯石英纤芯的输入端多模光纤2、输出端多模光纤3，将输入端多模光纤2、单模光纤1、输出端多模光纤3依次进行熔接，得到马赫曾德尔光纤传感结构，如图1所示。

实施例3

通过以下试验对实施例1所述基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器进行测试。

测试系统安装：如图2所示，将所述基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器两端分别固定于位移平台，且其输出端与光谱仪连接，输入端与宽带光源连接，在该基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器的光纤传感结构位置设置加热平台。

宽带光源发出的光通过传感光纤导入基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，经其光纤传感结构干涉后发送到光谱仪，通过观察布拉格光栅的透射谱波谷以及干涉谱的某一特征波谷的漂移，可以同时测量温度和位移。具体测试方法为：

1、通过位移平台动作光纤传感结构使其产生形变，位移从0mm逐渐加到30mm，间隔为2mm，记录位移对传感器的透射谱光谱影响，绘制传感器的透射谱光谱图，如图3所示。

2、通过加热平台使光纤传感结构附近温度改变，温度从20℃开始逐渐升至300℃，间隔为20℃，记录温度对传感器的透射谱光谱影响，绘制传感器的透射谱光谱图，如图4所示。

3、待加热平台冷却，光纤传感器还原至原始尺寸，同时启动位移平台和加热平台，位移和温度变化参数同步骤1-2，记录温度、位移同时对传感器的透射谱光谱影响，绘制透射谱光谱图，如图5所示。

根据上述测试过程可知，只有位移变化时，所述马赫曾德尔结构的栅距变化，引起布拉格光栅的透射谱波谷位置漂移；只有温度变化时，所述马赫曾德尔结构产生的干涉谱和布拉格光栅产生的透射谱都会因为温度升高产生红移，温度降低产生蓝移。因此，根据这两个性质可以在温度与位移同时变化的光谱中分析出位移与温度的分别变化。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，包括光纤传感结构，光纤传感结构包括输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤依次熔接构成马赫曾德尔光纤传感结构，所述单模光纤上刻写有布拉格光栅，所述输入端多模光纤、单模光纤、输出端多模光纤的纤芯均为纯石英纤芯。本发明提供一种基于马赫曾德尔结构的位移温度双参数检测光纤传感器，可以用在航空航天的零件变形和温度检测上，可用于形变和温度检测，通过观察布拉格光栅的透射谱波谷以及干涉谱的某一特征波谷的漂移，可以同时测量温度和位移。

技术研发人员：祝连庆;房一焘;何巍;张雯;于明鑫;姚齐峰;董明利
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：2018.12.27
技术公布日：2019.04.16