一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鞯闹圃旆椒?br> 【專利摘要】一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?，由入射端單模光纖、拉錐光纖、中間段單模光纖、球狀光纖和出射端單模光纖級聯(lián)組成，光從入射端單模光纖進入拉錐結(jié)構(gòu)，激發(fā)出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖后會發(fā)生干涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖傳輸后存在相位差，該相位差受到熱光系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的影響發(fā)生變化，進而使波形改變，通過干涉波形的漂移量實現(xiàn)物理量的測量。本發(fā)明的優(yōu)點是：該光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，輸出信號的自由光譜范圍一致，消光比相同，測量范圍大，在國防、工業(yè)生產(chǎn)以及民用領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別是一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅骷捌渲谱鞣椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]21世紀是信息高速發(fā)展的時代，在這個信息量呈爆炸式增長的時代，傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱。與其他類型的傳感器相比，光纖傳感器具有體積小、重量輕、傳輸損耗小、傳輸容量大、測量范圍廣、抗電磁干擾、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好、電絕緣性能好、使用壽命長等諸多卓越的性能，在某些特殊領(lǐng)域及惡劣環(huán)境中，光纖傳感器更具有著不可替代性。目前已廣泛的應(yīng)用于溫度、壓力、應(yīng)變、折射率、濃度、振動、濕度和加速度的傳感中。
[0003]干涉型光纖傳感器屬于相位調(diào)制型光纖傳感器，不但具有光纖傳感器的優(yōu)點，還具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)范圍大等優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析，提供了一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?，該光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡單且容易制作，該光纖傳感器基于級聯(lián)的拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)，光在經(jīng)過傳感區(qū)域時存在纖芯模與包層模的干涉，根據(jù)干涉谷對外界溫度、曲率等物理量的敏感性，即可實現(xiàn)對外界物理量的測量。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?，由入射端單模光纖、拉錐光纖、中間段單模光纖、球狀光纖和出射端單模光纖級聯(lián)組成，光從入射端單模光纖進入拉錐結(jié)構(gòu)，激發(fā)出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖后會發(fā)生干涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖傳輸后存在相位差，該相位差受到熱光系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的影響發(fā)生變化，進而使波形改變，通過干涉波形的漂移量實現(xiàn)物理量的測量。
[0006]所述拉錐光纖的錐區(qū)直徑為60 μ m，中間段單模光纖長度為4cm，球狀光纖的直徑為 180 μ m。
[0007]—種所述基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鞯闹苽浞椒ǎ襟E如下:
1)制作拉錐結(jié)構(gòu)
將單模光纖去掉涂覆層5cm，用酒精擦拭清潔，放置于光纖熔接機內(nèi)拉錐，光纖端面越過熔接機電極棒4cm，放電量為170bit，放電時間為1350ms，放電后距光纖端面4cm處制得直徑為60 μ m的拉錐結(jié)構(gòu)；
2)制作球狀端面
將步驟I)制得的拉錐光纖放置于熔接機內(nèi)，使用步進電機控制光纖端面超過電極棒200 μ m，放電量為200bit，放電時間為700ms，放電后光纖端面制得直徑為180 μ m的球狀端面；
3)連接球狀端面
將步驟2)制得的球狀端面和另一根單模光纖放置于熔接機內(nèi)，球狀端面與單模光纖距離為15 μ m，放電量為85bit，放電時間為1350ms，放電后球狀端面與單模光纖熔接并形成球形光纖，即可制得基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鳌?br> [0008]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是:
該光纖傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，輸出信號的自由光譜范圍一致，消光比相同，測量范圍大，在國防、工業(yè)生產(chǎn)以及民用領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖為該光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1.入射端單模光纖 2.拉錐光纖 3.中間段單模光纖 4.球狀光纖
5.出射端單模光纖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]實施例:
一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?，如附圖所示，由入射端單模光纖1、拉錐光纖2、中間段單模光纖3、球狀光纖4和出射端單模光纖5級聯(lián)組成，其中拉錐光纖的錐區(qū)直徑為60 μ m,中間段單模光纖長度為4cm,球狀光纖的直徑為180 μ m ;光從入射端單模光纖I進入拉錐結(jié)構(gòu)2，激發(fā)出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖4后會發(fā)生干涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖3傳輸后存在相位差，該相位差受到熱光系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的影響發(fā)生變化，進而使波形改變，通過干涉波形的漂移量實現(xiàn)物理量的測量。
[0013]該基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鞯闹苽浞椒?，步驟如下:
1)制作拉錐結(jié)構(gòu)
將單模光纖去掉涂覆層5cm，用酒精擦拭清潔，放置于光纖熔接機內(nèi)拉錐，光纖端面越過熔接機電極棒4cm，放電量為170bit，放電時間為1350ms，放電后距光纖端面4cm處制得直徑為60 μ m的拉錐結(jié)構(gòu)；
2)制作球狀端面
將步驟I)制得的拉錐光纖放置于熔接機內(nèi)，使用步進電機控制光纖端面超過電極棒200 μ m，放電量為200bit，放電時間為700ms，放電后光纖端面制得直徑為180 μ m的球狀端面；
3)連接球狀端面
將步驟2)制得的球狀端面和另一根單模光纖放置于熔接機內(nèi)，球狀端面與單模光纖距離為15 μ m，放電量為85bit，放電時間為1350ms，放電后球狀端面與單模光纖熔接并形成球形光纖，即可制得基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鳌?br> [0014]該光纖干涉?zhèn)鞲衅饔糜跈z測溫度變化: 在20-600 °C范圍內(nèi)，溫度升高時，波谷和阻帶帶寬不變，位置向長波方向平移，測量出這個漂移量，即可計算出溫度變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?，其特征在?由入射端單模光纖、拉錐光纖、中間段單模光纖、球狀光纖和出射端單模光纖級聯(lián)組成，光從入射端單模光纖進入拉錐結(jié)構(gòu)，激發(fā)出包層模式的光和纖芯模式的光，該兩種模式的光到達球狀光纖后會發(fā)生干涉；該兩種模式的光有不同的有效折射率，在中間段單模光纖傳輸后存在相位差，該相位差受到熱光系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的影響發(fā)生變化，進而使波形改變，通過干涉波形的漂移量實現(xiàn)物理量的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅?，其特征在?所述拉錐光纖的錐區(qū)直徑為60 μ m，中間段單模光纖長度為4cm，球狀光纖的直徑為.180 μ m0
3.—種如權(quán)利要求1所述基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鞯闹苽浞椒ǎ涮卣髟谟诓襟E如下: 1)制作拉錐結(jié)構(gòu) 將單模光纖去掉涂覆層5cm，用酒精擦拭清潔，放置于光纖熔接機內(nèi)拉錐，光纖端面越過熔接機電極棒4cm，放電量為170bit，放電時間為1350ms，放電后距光纖端面4cm處制得直徑為60 μ m的拉錐結(jié)構(gòu)； 2)制作球狀端面 將步驟I)制得的拉錐光纖放置于熔接機內(nèi)，使用步進電機控制光纖端面超過電極棒.200 μ m，放電量為200bit，放電時間為700ms，放電后光纖端面制得直徑為180 μ m的球狀端面； 3)連接球狀端面 將步驟2)制得的球狀端面和另一根單模光纖放置于熔接機內(nèi)，球狀端面與單模光纖距離為15 μ m，放電量為85bit，放電時間為1350ms，放電后球狀端面與單模光纖熔接并形成球形光纖，即可制得基于拉錐結(jié)構(gòu)與球狀結(jié)構(gòu)級聯(lián)的光纖干涉?zhèn)鞲衅鳌?br> 【文檔編號】G01D5/353GK103884364SQ201410156646
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】張衛(wèi)華, 王哲, 袁碩, 童崢嶸 申請人:天津理工大學(xué)