基于多模结构的光纤传感器的制造方法
【专利摘要】一种基于多模结构的光纤传感器，其中两端的多模光纤芯径为105μm，长度为5mm，作为模式耦合器，中间段的多模光纤芯径为50μm，长度为30mm，作为传感区域。本发明的光纤传感器输出信号中存在纤芯-纤芯和纤芯-包层两类模式的干涉峰，根据两种干涉峰对温度和折射率的不同敏感性，可实现对温度和折射率的同时测量。本发明的光纤传器具有结构简单，操作简便，成本低，解决了现有干涉型光纤传感器难以消除交叉敏感、同时测量参量单一的问题，适用于国防、工业生产以及民用领域。
【专利说明】基于多模结构的光纤传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感【技术领域】，特别是涉及双参量(温度、折射率)光纤干涉传感器。
【背景技术】
[0002]在当今高速发展的新科技时代，现代信息技术的三大支柱(传感技术、通信技术和计算机技术)，已经深入各个领域，并扮演及其重要的角色。在传感【技术领域】中，光纤传感技术发展最为迅速，引领着新一代传感器的发展方向。光纤传感器具有诸多独特优势:结构简单、操作简便、高灵敏度、抗电磁干扰、便于组网等。近年来研究学者对其进行深入研究，已获得许多实验成果，并投入使用，诸如:温度传感器、应变传感器、折射率传感器和湿度传感
[0003]干涉型光纤传感器和传统光纤传感器相比，灵敏度高和分辨率高，动态响应范围大，成本低。
[0004]温度和折射率在工业测量中至关重要，也是光纤传感领域中的研究热点，但是存在于光纤传感器中温度和折射率交叉敏感问题不容忽视，实验中，一般要避免外界参量的影响，实现对温度(折射率)的精确测量，常见的做法是添加光纤光栅级联使用，但是此法成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明目的是解决现有光纤传感器存在温度和折射率交叉敏感问题，提供一种结构简单且容易制作的干涉型光纤传感器，该光纤传感器基于多模光纤结构，输出信号中存在两类模式的干涉峰，根据其对温度和折射率的不同敏感性，可以实现对温度和折射率的同时测量。
[0006]本发明提供的基于多模结构的光纤传感器，包括:入射端单模光纤(I)、第一段多模光纤(2)、第二段多模光纤(3)、第三段多模光纤(4)、出射端单模光纤(5);所述的光纤传感器的连接关系为:传输光经入射端单模光纤(I)依次接入第一段多模光纤(2)、第二段多模光纤(3)和第三段多模光纤(4),之后经输出端单模光纤(6)输出。
[0007]本发明所述的第一段多模光纤(2)和第三段多模光纤(4)芯径相同，取值范围可为65-110 μ m,长度取值范围可为l-8mm (芯径优选为105 μ m,长度5mm),作为模式稱合器，中间第二段多模光纤(3)芯径取值范围可为10-65μπι，长度取值范围可为2(T40mm (芯径优选50 μ m,长度30mm),作为传感区域。其中,第二段多模光纤(3)的芯径小于第一段多模光纤(2)和第三段多模光纤(4)的芯径。输出信号包含纤芯-纤芯和纤芯-包层两类模式的干涉峰，根据光纤干涉理论可知，纤芯-纤芯干涉峰对温度敏感，而对折射率不敏感；纤芯-包层干涉峰对温度和折射率皆敏感，利用它们对温度和折射率的不同灵敏度可以实现同时测量。
[0008]根据纤芯-纤芯干涉峰波长和纤芯-包层干涉峰波长的漂移量，再结合敏感矩
【权利要求】
1.基于多模结构的光纤传感器，其特征在于该传感器包括:入射端单模光纤(I)、第一段多模光纤(2)、第二段多模光纤(3)、第三段多模光纤(4)、出射端单模光纤(5); 所述光纤结构的连接关系为:传输光经入射端单模光纤(I)依次接入第一段多模光纤(2)、第二段多模光纤(3)和第三段多模光纤(4),之后经输出端单模光纤(6)输出。
2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于:所述的第一段多模光纤(2)和第三段多模光纤(4)芯径相同，取值范围可为65~110μπι，长度取值范围可为l、mm，作为模式耦合器，第二段多模光纤(3)芯径取值范围可为10-65 μ m,长度取值范围可为20-40mm，作为传感区域。
3.根据权利要求2所述的光纤传感器,其特征在于:所述的第一段多模光纤(2)和第三段多模光纤(4)优选芯径为105 μ m,长度5mm,第二段多模光纤(3)优选芯径为50 μ m,长度30mmo
4.根据权利要求1或2所述的光纤传感器，其特征在于:输出信号包含纤芯-纤芯和纤芯-包层两类模式的干涉峰，根据光纤干涉理论可知，纤芯-纤芯干涉峰对温度敏感，而对折射率不敏感；纤芯-包层干涉峰对温度和折射率皆敏感，利用它们对温度和折射率的不同灵敏度能够实现同时测量。
5.根据权利要求3所述的光纤传感器，其特征在于:经出射端单模光纤(5)输出的光信号为纤芯-纤芯干涉峰和纤芯-包层干涉峰叠加之后的光信号。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的光纤传感器，其特征在于:根据纤芯-纤芯干涉峰波长和纤芯-包层干涉峰波长的漂移量，再结合敏感矩阵方程
【文档编号】G01D21/02GK103453940SQ201310416623
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】童峥嵘, 苏军, 曹晔, 张卫华 申请人:天津理工大学