專利名稱：微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)，尤其涉及一種微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器 及其制作方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是20世紀(jì)70年代末新興的一項(xiàng)技術(shù)，在全世界形成了研究熱點(diǎn)，巳與光纖 通信并駕齊驅(qū)；光纖傳感器由于其優(yōu)越的性能而備受青睞，其具有以下優(yōu)點(diǎn)體積小、質(zhì)量 輕、抗電磁干擾、防腐蝕、靈敏度很高、測(cè)量帶寬很寬、檢測(cè)電子設(shè)備與傳感器可以間隔很 遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。光纖干涉儀采用光干涉技術(shù)，其測(cè)量精度比普通光纖傳感器 的測(cè)量精度更高。
光纖傳感器可分為傳光型(非功能型)和傳感型(功能型)兩大類.在傳光型光纖傳感 器中，光纖僅起到傳輸光波的作用，必須在光纖端部或中間安裝其它敏感元件才能組成完整 的傳感器；而傳感型光纖傳感器則利用光纖本身的敏感特性進(jìn)行工作，干涉型光纖傳感器就 屬于這一類，它通過(guò)檢測(cè)由調(diào)制光信號(hào)的相位改變引起的輸出效果如光強(qiáng)的變化而獲得外場(chǎng) 信息，從而達(dá)到傳感目的。
現(xiàn)有技術(shù)中，用于溫度傳感的普通的布拉格光纖光柵因其本身不耐高溫，大多采用輔助 材料的熱膨脹或是熱傳導(dǎo)來(lái)測(cè)量高溫，降低了傳感器的集成度。長(zhǎng)周期光纖光柵在高溫下其 譜線依然良好，但長(zhǎng)周期光纖光柵由于存在嚴(yán)重的彎曲敏感性，從而使其測(cè)量的可靠性降低。 基于非本征琺珀的高溫傳感器由于使用光學(xué)膠粘接方法制作傳感器，因而測(cè)量的溫度也很有 限， 一般低于50(TC。在線型琺珀腔采用了電弧熔接的方法來(lái)制作，其所用材料都是Si02， 它具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、集成度高、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，但由于Si02的熱膨脹相對(duì)較小，因此溫度靈敏 度不高。但傳統(tǒng)Michelson干涉儀是由兩個(gè)平面鏡和一個(gè)分光鏡組成的系統(tǒng)，其裝配精度要 求高；光纖Michdsori干涉儀因參考臂和傳感臂分立，參考臂受外界振動(dòng)溫度等干擾大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器，它由一根光子晶體光纖和 一根普通單模光纖纖芯相對(duì)地熔接組成，且光子晶體光纖纖芯和普通單模光纖纖芯軸心偏置； 其中，普通單模光纖的芯徑大于光子晶體光纖實(shí)芯部分的芯徑，光子晶體光纖包層空心孔直 徑大于普通單模光纖纖芯外徑；普通單模光纖纖芯端面與光子晶體光纖纖芯端面的非重合部 分即為參考臂反射面；晶體光纖的裸露端纖芯端面即為測(cè)量臂反射面。
光子晶體光纖和普通單模光纖的纖芯材料均為純Si02。
光子晶體光纖纖芯和普通單模光纖的纖芯軸心偏置量為1~4 m。
光子晶體光纖實(shí)芯部分的芯徑為3~6 m，光子晶體光纖長(zhǎng)度為0.01mm 10mm。本發(fā)明還公開(kāi)了前述微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器的制作方法，其制作歩驟
為
1) 利用光纖熔接機(jī)將一根光子晶體光纖和一根普通單模光纖纖纖芯相對(duì)地熔接組成，且 光子晶體光纖纖芯和普通單模光纖纖芯軸心偏置；
2) 將光子晶體光纖切割至需要的長(zhǎng)度。
由本發(fā)明的傳感器所組成的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)為它包括寬帶光源、lx2耦合器、 一臺(tái)光譜儀、
計(jì)算機(jī)和微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器；其中，帶光源連接到lx2耦合器的一端， 耦合器的另一端連接到微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器，形成反射干涉譜線，經(jīng)由 lx2耦合器連接到光譜儀，計(jì)算機(jī)與光譜儀通信連接，來(lái)處理數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果是制作簡(jiǎn)單、精度高、響應(yīng)時(shí)間快、可靠性高、體積小、抗振
動(dòng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉。


圖l、微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖2、多模光子晶體光纖的端面結(jié)構(gòu)圖3、采用本發(fā)明的傳感器的測(cè)量溫度的裝置結(jié)構(gòu)圖中測(cè)量臂反射面l、參考臂反射面2、微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3、 lx2耦合器4、寬帶光源5、光譜儀6、計(jì)算機(jī)7;
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)附圖l、 2，如圖所示，本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)是由一根光子晶體光纖9和一根普通單 模光纖8纖芯相對(duì)地熔接組成，光子晶體光纖9纖芯和普通單模光纖8纖芯軸心偏置；其中， 普通單模光纖8的芯徑大于光子晶體光纖9實(shí)芯部分的芯徑，光子晶體光纖9包層空心孔直 徑大于普通單模光纖8纖芯外徑；普通單模光纖8纖芯端面與光子晶體光纖9纖芯端面的非 重合部分即為參考臂反射面2;晶體光纖9的裸露端纖芯端面即為測(cè)量臂反射面1。
參見(jiàn)圖3，釆用本發(fā)明的微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3所組成的測(cè)量折射 率的裝置結(jié)構(gòu)為它包括寬帶光源5、 "2耦合器4、 一臺(tái)光譜儀6、計(jì)算機(jī)7和微型光纖內(nèi) 集成的光纖干涉式溫度傳感器3;其中，寬帶光源5連接到lx2耦合器4的一端，1x2耦合器 4的另一端連接到微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3，形成反射干涉譜線，經(jīng)由lx2 耦合器4連接到光譜儀6，計(jì)算機(jī)7與光譜儀6通信連接，來(lái)處理數(shù)據(jù)。
寬帶光源5輸出一定帶寬波長(zhǎng)的激光(一般為C波段激光，1520nm 1570nm)，進(jìn)入lx2個(gè) 耦合器4，激光通過(guò)lx2耦合器4進(jìn)入微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3中后，被分成 強(qiáng)度相等的兩束，分別照射到測(cè)量臂反射面1和參考臂反射面2上面；兩光線經(jīng)各自對(duì)應(yīng)的反 射面反射重新返回lx2耦合器4中，當(dāng)微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3中兩條光的光 程差小于光源的相干長(zhǎng)度時(shí)，兩束光在lx2耦合器4的輸出端(向光譜儀6輸出那端)發(fā)生干涉。輸出的干涉信號(hào)進(jìn)入光譜儀6;光譜儀6通過(guò)通信連接將反射干涉譜存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)7內(nèi)，由計(jì)算 機(jī)7對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
將微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3安置在需要測(cè)量的溫度環(huán)境內(nèi)，測(cè)量臂受 溫度影響，很快折射率發(fā)生改變，導(dǎo)致傳感器的光程差發(fā)生改變，通過(guò)光譜儀6探測(cè)這種變 化，迅速得知溫度的值。
光纖由于具有抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好、防爆、體積小、重量輕、可繞性好等 特點(diǎn)，而倍受人們的關(guān)注。微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3也正是利用了光纖的 這些特性，使光纖可以繞成任意形狀。因此，它的應(yīng)用可以延伸使用到許多傳統(tǒng)禁區(qū)。再者， 微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器3還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、條紋對(duì)比度好、信噪比高、條 紋的計(jì)數(shù)和被測(cè)位移的計(jì)算關(guān)系簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的傳感器具有高的溫度分辨率，并且其 測(cè)量溫度的范圍可從零下-2(TC到120(TC，其溫度靈敏度也比琺珀溫度傳感器高出近20倍， 同時(shí)，還具有可靠性高、體積小、相應(yīng)時(shí)間快、抗振動(dòng)，電磁干擾能力強(qiáng)、能工作在高壓環(huán) 境中等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中具有非常廣泛的應(yīng)用潛力。
權(quán)利要求
1、一種微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器，其特征在于它由一根光子晶體光纖(9)和一根普通單模光纖(8)纖芯相對(duì)地熔接組成，且光子晶體光纖(9)纖芯和普通單模光纖(8)纖芯軸心偏置；其中，普通單模光纖(8)的芯徑大于光子晶體光纖(9)實(shí)芯部分的芯徑，光子晶體光纖(9)包層空心孔直徑大于普通單模光纖(8)纖芯外徑；普通單模光纖(8)纖芯端面與光子晶體光纖(9)纖芯端面的非重合部分即為參考臂反射面(2)；晶體光纖(9)的裸露端纖芯端面即為測(cè)量臂反射面(1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器，其特征在于光子晶體光纖(9)和普通單模光纖(8)的纖芯材料均為純Si02。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器，其特征在于光子晶體光纖(9)纖芯和普通單模光纖(8)的纖芯軸心偏置量為卜4 m。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器，其特征在于光子 晶體光纖(9)實(shí)芯部分的芯徑為3-6 m，光子晶體光纖(9)長(zhǎng)度為0.01mm 10mm。
5、 一種微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器的制作方法，其特征在于制作歩驟為.-1) 利用光纖熔接機(jī)將一根光子晶體光纖(9)和一根普通單模光纖(8)纖纖芯相對(duì)地熔 接組成，且光子晶體光纖(9)纖芯和普通單模光纖(8)纖芯軸心偏置；2) 將光子晶體光纖(9)切割至需要的長(zhǎng)度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器的制作方法，其特征 在于光子晶體光纖(9)和普通單模光纖(8)的纖芯材料均為純Si02;光子晶體光纖(9) 實(shí)芯部分的芯徑為3~6 m，光子晶體光纖(9)長(zhǎng)度為0.01mm 10mm;光子晶體光纖(9) 纖芯和普通單模光纖(8)的纖芯軸心偏置量為1~4 m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微型光纖內(nèi)集成的光纖干涉式溫度傳感器及其制作方法，它由一根光子晶體光纖和一根普通單模光纖纖芯相對(duì)地熔接組成，且光子晶體光纖纖芯和普通單模光纖纖芯軸心偏置；其中，普通單模光纖的芯徑大于光子晶體光纖實(shí)芯部分的芯徑，光子晶體光纖包層空心孔直徑大于普通單模光纖纖芯外徑；普通單模光纖纖芯端面與光子晶體光纖纖芯端面的非重合部分即為參考臂反射面；晶體光纖的裸露端纖芯端面即為測(cè)量臂反射面；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是制作簡(jiǎn)單、精度高、響應(yīng)時(shí)間快、可靠性高、體積小、抗振動(dòng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、價(jià)格低廉。
文檔編號(hào)G01K11/32GK101650235SQ20091019082
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者濤 朱, 濤 柯, 饒?jiān)平?申請(qǐng)人:重慶大學(xué)