一种基于光子晶体光纤的MZ干涉型气压温度复合传感器

本实用新型属于光纤传感技术领域，主要涉及一种基于光子晶体光纤的mz干涉型气压温度复合传感器。

背景技术：

在地质勘探、工业检测和井下油气勘探等领域，能够实现温度和气压的两种参量同时测量的传感系统具有很重要的意义。如在高温高压的矿井下，准确测定井内的温度和气压是保障井下安全和提升油气采收率的重要措施之一。目前此环境下的检测手段还是使用热敏电阻、热电偶等传统手段，在此环境下的电量传感器稳定性和寿命极为有限。若不对井下温度和气压进行实时准确地测量，将会导致事故的发生。目前我国极少数使用温压一体化光纤传感器，因此迫切需要改进和研制出新型温度气压一体化光纤传感器。

与传统的传感器相比，光纤传感器具有高灵敏度、高精度、体积小、可重复使用、防电磁辐射等优点。更适合在高温高压、易燃易爆等恶劣环境下对温度和气压进行测量。各种不同结构的光纤和制造技术已经应用于制备不同结构的光纤温压传感器。如hyungdaebae等人提出一种双腔fp温压双参数传感器，利用uv胶和聚合物薄膜在光纤顶端形成空气f-p腔作为压力传感单元，uv胶与光纤内的反射镜形成本征，仅仅可以作为温度传感单元并对压力单元进行温度补偿。但是这种结构的传感器制作较为复杂，难以应用在高温传感领域。wu等人在pcf中引入两个纤芯，其中一个纤芯居中，另一个纤芯偏离中心位置，通过对两个纤芯附近空气孔的特殊设计引入高双折射率，并基于高双折射率双芯pcf的双芯耦合，从而同时实现温压的双参数测量，但设计制作过程过于繁琐且气压灵敏度较低。qiao等人提出运用薄壁圆柱壳体双fbg组合传感器实现温压双参数的测量，但是由于光栅的压力灵敏度较低，需要对光栅压力传感器进行增敏处理，所以设计结构较为复杂，对fbg的封装有更高的要求。因此，当前阶段光纤温压双参数一体化传感器的发展仍有很多问题亟待解决。

技术实现要素：

为解决上述现有技术上的不足，本实用新型提出一种基于光子晶体光纤的马赫-曾德干涉型气压温度复合传感器，具有成本低、灵敏度高、准确性好、制作简单且结构坚固等优点。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于光子晶体光纤的mz干涉型气压温度复合传感器，其特征在于：传感头主要包括单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤，多模光纤和单模光纤五个部分。由它们依次熔接而成，所使用的两段渐变型多模光纤纤芯直径为105μm，长度均为300-500μm，光子晶体光纤长度为300-500μm，内部为六孔隙对称微结构，且利用飞秒激光微加工技术在其侧面加工三处圆柱形微通道，微通道的直径为10-15μm，使得光子晶体光纤一孔隙具有单微通道与外界空气相通，另一孔隙具有双微通道与外界空气相通。本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本传感器结构简单、制作成本低，只需进行简单的熔接和蚀刻操作，无错位熔接和拉锥等工艺。

2、本实用新型中在光子晶体光纤侧面加工两至三个微通道，使得光纤内两个孔隙与外界空气相通，其中一个通过感知外界气压的变化，达到气压传感的目的，而且具有高灵敏度；另一孔隙具有双微通道，以便于填充紫外胶，用于感知外界温度的变化，达到检测温度的目的。

3、本传感器基于马赫-曾德干涉仪原理，结构紧凑，尺寸小。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为光子晶体光纤的截面图；

图中：1.单模光纤，2.渐变型多模光纤，3.圆柱形微通道，4.光子晶体光纤，5.渐变型多模光纤，6.单模光纤，7.光子晶体光纤纤芯，8.光子晶体光纤孔隙，9，光子晶体光纤包层。

具体实施方式

图1为该实用新型的结构示意图，其中所使用的渐变型多模光纤2和渐变型多模光纤5的纤芯直径为105μm，长度均为300-500μm，光子晶体光纤4长度为300-500μm，且利用飞秒激光微加工技术在其侧面加工两至三处圆柱形微通道，直径为10-15μm，使得光子晶体光纤4中有两个孔隙与外界空气相通，其中一个用于感知外界气压值变化，可保持与外界气压一致，达到气压传感的目的；另一孔隙侧面有两个微通道，可用于紫外胶的填充，可感知外界温度的变化。应用时，将该传感器置于待测温压的空间中，当外界环境的温度或者气压发生变化时，光子晶体光纤4内的空气孔会随着温度或者气压的变化而变化，导致其内部折射率的变化，从而引起该传感器的干涉光谱的谐振波长发生漂移。当利用光纤光谱分析仪观测输出光谱时，可通过光谱的漂移量解调出气压和温度的变化量，从而达到检测气压和温度的目的。

技术特征：

1.一种基于光子晶体光纤的mz干涉型气压温度复合传感器，包括单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤，多模光纤和单模光纤五个部分，由它们依次熔接而成，其特征在于：两段多模光纤为纤芯直径105μm的渐变型多模光纤，其长度均为300-500μm。

2.根据权利要求1所述基于光子晶体光纤的mz干涉型气压温度复合传感器，其特征在于：所使用的光子晶体光纤长度为300-500μm，内部为六孔隙对称微结构，并利用飞秒激光微加工技术在光纤侧面加工两至三个圆柱形微通道，其圆柱微通道的直径约为10-15μm，使得光子晶体光纤其中两个孔隙与外界环境相通。

技术总结
本实用新型公开了一种基于光子晶体光纤的MZ干涉型气压温度复合传感器，其特征在于：该传感头由单模光纤、多模光纤、光子晶体光纤、多模光纤和单模光纤五个部分依次熔接而成，并利用飞秒激光微加工技术在光子晶体光纤侧面加工三处圆柱形微通道，使其中一孔隙含有一处微通道与外界空气相通，可保持与外界气压一致。另一孔隙含有两处微通道与外界空气相通，便于紫外胶的填充，可感知外界温度的变化。应用时，将传感头置于待测气压温度的空间中，利用光纤光谱仪测量其输出光谱即可解调出待测气压和温度的变化值。本发明具有灵敏度高、成本低和结构坚固等优点，可应用于气压和温度的高精度测量。

技术研发人员：郭允;陈敏;徐贲
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2020.10.10
技术公布日：2021.07.23