一种双参数测量光纤传感器及测试方法

本发明属于传感技术领域，尤其涉及一种双参数测量光纤传感器及测试方法。

背景技术：

基于光纤传感器的多参数测量由于其灵敏度高、结构紧凑、抗电磁干扰、设计成本低、复用能力强等优点，已在折射率、应变、温度、曲率检测等领域得到了广泛的应用。

目前已报道的多参数测量光纤传感器多是双参数测量，比如基于双腔法布里-珀罗干涉仪实现温度和应变的双参数测量；基于双腔法布里-珀罗干涉仪实现横向压力和应变的测量；基于蓝宝石光纤布拉格光栅实现高温和应变同时测量；基于光纤法布里-珀罗和马赫-曾德尔混合结构实现横向压力和折射率双参数测量等。在文献调研中，横向压力和曲率的实验测量涉及较少，所用于测量的，要么是特种光纤或特殊结构，要么是两种干涉仪的混合结构，这都加大了传感器的制作难度和成本。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种具有横向压力和曲率测量功能的双参数测量光纤传感器及测试方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种双参数测量光纤传感器，其中：双参数测量光纤传感器由一个空气泡和一段空心光纤熔接而成，空气泡作为法布里-珀罗干涉仪，空心光纤用作反谐振反射光波导，空气泡熔接在空心光纤一端，空气泡和空心光纤的另一端各接一单模光纤，双参数测量光纤传感器的具体制作方法包括以下步骤：

步骤一、先将一段端面平整的单模光纤与一段空芯光纤熔接，在工业显微镜的帮助下找到熔接点，利用光纤切割刀将空芯光纤切割，使其与要制作的空气泡尺寸大小相适应，且保证切割端平整；

步骤二、将空心光纤切割端移至光纤熔接机，光纤熔接机对空心光纤电弧放电，使空心光纤鼓起形成空气泡结构；

步骤三、将另一段端面平整的空芯硅管光纤连接到空气泡结构上，利用光纤切割刀将空芯硅管光纤切割成预设长度；

步骤四、在空芯硅管光纤尾端熔接上单模光纤；

步骤一中，利用光纤切割刀将空芯光纤切割成200μm长；

步骤二中，光纤熔接机对空心光纤电弧放电的电弧强度为70bit，电弧放电时间为2000ms；

步骤三中，利用光纤切割刀将空芯硅管光纤切割成7-9mm长。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

双参数测量光纤传感器的测试方法，采用权利要求1制作的双参数测量光纤传感器，测试方法包括曲率传感实验和横向压力传感实验，其中，曲率传感实验具体方法为：将双参数测量光纤传感器两端的单模光纤分别与宽带光源和光谱仪连接，双参数测量光纤传感器两边的单模光纤通过光纤钳分别剥离一段涂覆层，被去除涂覆层的两段单模光纤涂上紫外固化胶，一段单模光纤固定在固定平台上，另一段单模光纤则固定在移动平台上，宽带光源向双参数测量光纤传感器输入光源，光谱仪接收光线并检测光谱信息，通过移动平台的移动使得固定平台和移动平台之间的双参数测量光纤传感器部分曲率发生变化，光谱仪通过光谱信息的变化换算得到双参数测量光纤传感器曲率变化与光谱信息变化的函数对应关系；横向压力传感实验具体方法为：宽带光源与光谱仪通过耦合器连接，双参数测量光纤传感器连接到耦合器的另一个接口上，双参数测量光纤传感器水平放置到两片擦拭干净的平行设置的玻璃片之间，玻璃片与空气泡接触，宽带光源向双参数测量光纤传感器输入光源，光谱仪接收光线并检测光谱信息，在室温条件下，在玻璃片上施加多次朝向空气泡方向的预定负载，使空气泡受压，空气泡受压的同时，光谱谱线发生偏移，待谱线稳定后，光谱仪记录每一次负载下的光谱信息，通过解调横向压力和波长偏移量得出横向压力变化与光谱信息变化的函数对应关系。

在横向压力传感实验中，在玻璃片上施加的负载为砝码。

本发明的双参数测量光纤传感器，可以实现对弯曲和横向压力的测量。该传感器由一个空气泡和一段空心光纤熔接而成，空气泡作为法布里-珀罗干涉仪。空心光纤用作反谐振反射光波导（arrow），谱线在光传输光谱中的谐振波长处产生周期性的下降。通过解调法布里-珀罗干涉仪的反射谱，可以实现对横向压力的测量。通过解调用于曲率感测的arrow倾角的强度变化，可以实现曲率测量。此混合结构紧凑，成本低，制作过程简单，而且可以解决多参数测量过程中的串扰问题，有利于实际应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是工业显微镜下的双参数测量光纤传感器图；

图3是曲率传感实验装置示意图；

图4是横向压力传感实验装置示意图。

图中标记名称：空气泡1、空心光纤2、单模光纤3、宽带光源4、光谱仪5、玻璃片6、砝码7。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

本实施例的一种双参数测量光纤传感器，由一个空气泡1和一段空心光纤2熔接而成，空气泡1作为法布里-珀罗干涉仪，空心光纤2用作反谐振反射光波导。

空气泡1熔接在空心光纤2一端，空气泡1和空心光纤2的另一端各接一单模光纤3。

双参数测量光纤传感器，包括以下步骤：

步骤一、先将一段端面平整的单模光纤与一段空芯光纤熔接，在工业显微镜的帮助下找到熔接点，利用光纤切割刀将空芯光纤切割成200μm长，且保证切割端平整；

步骤二、将空心光纤2切割端移至光纤熔接机，光纤熔接机对空心光纤2电弧放电，电弧强度为70bit，电弧放电时间为2000ms，使空心光纤2鼓起形成空气泡1结构；

步骤三、将另一段端面平整的空芯硅管光纤连接到空气泡1结构上，利用光纤切割刀将空芯硅管光纤切割成8mm长；

步骤四、在空芯硅管光纤尾端熔接上单模光纤。如图1所示。

双参数测量光纤传感器曲率传感实验方法，如图3所示，将双参数测量光纤传感器两端的单模光纤3分别与宽带光源4(bbs)和光谱仪5(osa)连接，双参数测量光纤传感器两边的单模光纤3通过光纤钳分别剥离一段涂覆层，被去除涂覆层的两段单模光纤3涂上紫外固化胶(uvglue)，一段单模光纤3固定在固定平台上，另一段单模光纤3则固定在移动平台上，固定长度约18.5cm，宽带光源4向双参数测量光纤传感器输入光源，光谱仪5接收光线并检测光谱信息，通过移动平台的移动使得固定平台和移动平台之间的双参数测量光纤传感器部分曲率发生变化，这里我们使用的移动平台的最小刻度为10μm。每移动50μm记录一次光谱数据，共移动400μm。光谱仪5通过光谱信息的变化换算得到双参数测量光纤传感器曲率变化与光谱信息变化的函数对应关系。

双参数测量光纤传感器横向压力传感实验方法，如图4所示，为了避免张力或其它干扰因子引入传感实验中，我们将传感器水平放置到两片由酒精擦拭干净的玻璃片6之间。横向压力施加过程中，玻璃片6会发生移动，在此过程中忽略玻璃片6与传感器之间的摩擦。将双参数测量光纤传感器接入横向压力传感实验系统中，宽带光源4与光谱仪5通过耦合器连接，而双参数测量光纤传感器则连接到光纤耦合器的另一个接口上。实验中横向压力的改变是通过在玻璃片6上增添砝码7的重量实现的。在室温条件下，完成横向压力为零(即砝码质量为零)的传感实验。在玻璃片上施加的负载由0n增加到2.45n，每次增大0.49n，即砝码7质量由0g增加到250g，每次增加50g。每次增大负载待谱线稳定后，光谱仪5记录一次光谱，此次实验过程中总共记录了六组数据。在砝码7增减时要注意轻拿轻放，避免对空气泡1造成损坏，同时也可减少双参数测量光纤传感器发生位移给实验结果带来误差。光谱仪5每一次负载下的光谱信息，通过解调横向压力和波长偏移量得出横向压力变化与光谱信息变化的函数对应关系。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。