本發(fā)明涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖傳感器。

背景技術(shù)：

近年來，光纖干涉型傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、不受電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而成為光纖傳感器最實用的一種。此外，在科研中，溫度是檢測和控制的一個重要參數(shù)，然而在易燃、易爆、強(qiáng)電磁場、超高壓、超低壓、有腐蝕性氣體、液體，以及要求非接觸和快速響應(yīng)等特殊工作情況和環(huán)境下，傳統(tǒng)溫度傳感器不能有非常良好的表現(xiàn)。

溫度是表示物體冷熱程度的物理量，同時也是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要參數(shù)，能夠很準(zhǔn)確的反映外界環(huán)境信息的變化。而光纖溫度測量是近幾年發(fā)展起來的一種用于實時測量空間溫度的高新技術(shù)，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在氣象、材料、工業(yè)、航空、醫(yī)藥等領(lǐng)域中，溫度的準(zhǔn)確檢測具有舉足輕重的作用。目前比較常見的光纖溫度傳感器主要有級聯(lián)型、分布式光纖光柵型、薩格納克干涉型等。如伍鐵生等提出了一種高雙折射光子晶體光纖環(huán)鏡溫度傳感器，實驗中通過向高雙折射光子晶體光纖空氣孔填充乙醇來提高熱光系數(shù)實現(xiàn)溫度測量，溫度靈敏度高達(dá)8.837nm/℃；韓婷婷等設(shè)計了一種光子晶體光纖環(huán)鏡溫度傳感器，使用特殊液體對光子晶體光纖空氣孔選擇性填充，其溫度靈敏度高達(dá)-11.6nm/℃。姜德生等利用氫敏化處理的多模光纖制作了多模光纖光柵，其溫度靈敏度達(dá)到了9.8pm/℃；y.cardona-maya等提出了一種折射率不敏感的溫度傳感器，在感應(yīng)探頭上鍍金，其溫度靈敏度可達(dá)5830nm/℃。以上文獻(xiàn)對傳感器的溫度響應(yīng)特性進(jìn)行了深入且有意義的研究，但在測量溫度時常常會受到外界環(huán)境帶來的應(yīng)力的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、制備簡單、靈敏度高、測量準(zhǔn)確的基于薩格納克原理的拉力不敏感溫度傳感器。

為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明主要包括寬帶光源、傳感單元、3db耦合器、偏振控制器以及光譜儀，所述3db耦合器的1號端與寬帶光源連接，3db耦合器的2號端與光譜儀連接，3db耦合器的3號端與傳感單元的一端連接，傳感單元的的另一端與偏振控制器一端連接，偏振控制器的另一端與3db耦合器的4號端連接。

進(jìn)一步的，所述傳感單元包括pbs光纖和兩段單模光纖，在pbs光纖的兩端熔點(diǎn)處分別與兩段單模光纖無錯位熔接。

進(jìn)一步的，所述寬帶光源選用波長范圍為1520～1610nm的寬帶光源。

進(jìn)一步的，所述單模光纖的纖芯直徑為9μm、包層直徑125μm；pbs光纖的長度為8mm、纖芯直徑為9μm、包層直徑125μm。

進(jìn)一步的，所述3db耦合器測試波長為1550nm，工作帶寬為1530nm～1570nm。

進(jìn)一步的，所述光譜儀通信波段為1200～2400nm，分辨率為0.02nm。

工作過程大致如下：

pbs光纖是在單模光纖的纖芯中摻雜pbs制得，單模光纖的主要成分為摻鍺的sio2，具有穩(wěn)定的正四面體結(jié)構(gòu)，因此其熱膨脹系數(shù)較低。當(dāng)在單模光纖纖芯中摻雜pbs后其穩(wěn)定四面體結(jié)構(gòu)被打破，同時pbs作為一種半導(dǎo)體材料它的能帶間隙較小，在室溫狀態(tài)下極易受到溫度等外界因素的影響，具有較高的熱膨脹系數(shù)。因此，pbs光纖對溫度較為敏感，其熱致雙折射的相位延遲量比單模光纖高。

溫度變化時，pbs光纖產(chǎn)生熱致雙折射效應(yīng)，pbs光纖的相位雙折射b隨之變化。隨著溫度升高，波長的變化可以表示為：

將公式(1)的左右兩端同時對溫度(t)求偏導(dǎo)：

式中l(wèi)為pbs光纖的接入長度，b為相位雙折射，δ為相位延遲。波長λ為溫度(t)的函數(shù)，因此，通過檢測溫度引起的波長的變化，就可以實現(xiàn)溫度的檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)緊湊、制備簡單，只需將pbs光纖與兩段單模光纖無錯位熔接即可。對拉力不敏感，避免了拉力對溫度測量的影響，測量結(jié)果準(zhǔn)確，靈敏度高。

2、基于薩格納克干涉原理實現(xiàn)外界環(huán)境信息的檢測，靈敏度高，有著很廣闊的應(yīng)用前景，在光纖傳感方面有巨大的應(yīng)用潛力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的示意簡圖。

圖2為本發(fā)明傳感單元的結(jié)構(gòu)示意簡圖。

圖3為本發(fā)明傳感單元的傳輸光譜圖。

圖4為本發(fā)明傳感器測量拉力實驗裝置示意圖。

圖5為本發(fā)明在不同溫度下的傳輸光譜圖。

圖6為本發(fā)明在36.0℃～70.0℃溫度范圍內(nèi)，傳輸譜線與溫度變化之間的關(guān)系圖。圖7為本發(fā)明在不同拉力下的的傳輸光譜圖。

圖8為本發(fā)明在0με～1400με拉力范圍內(nèi)，傳輸譜線與拉力變化之間的關(guān)系圖。附圖標(biāo)號：1-3db耦合器1號端、2-3db耦合器2號端、3-3db耦合器3號端、4-3db耦合器4號端、5-3db耦合器、6-寬帶光源、7-光譜儀、8-偏振控制器、9-溫控箱、10-傳感單元、11-單模光纖、12-pbs光纖與單模光纖熔點(diǎn)、13-pbs光纖、14-單模光纖包層、15-單模光纖纖芯、16-pbs光纖纖芯、17-pbs光纖包層、18-移動平臺。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，3db耦合器5的1號端1與寬帶光源6連接，2號端2與光譜儀7連接，3號端3與傳感單元10的一端連接，傳感單元的的另一端與偏振控制器8一端連接，偏振控制器的另一端與3db耦合器的4號端4連接。將傳感單元10置于在溫控箱9內(nèi)，從光譜儀7記錄對應(yīng)溫度下的傳輸光譜，傳輸光譜如圖5所示。

如圖2所示，傳感單元10包括單模光纖11、pbs光纖13，在pbs光纖的兩端熔點(diǎn)12處分別與單模光纖11無錯位熔接，所述單模光纖11的纖芯直徑為9μm，包層直徑125μm；pbs光纖13的長度為8mm、纖芯直徑為9μm、包層直徑125μm。

在傳感器制備的過程中，需要使用的實驗設(shè)備有古河fitels178型光纖熔接機(jī)，波長范圍為1520-1610nm的ase3700型寬帶光源以及aq6375型光學(xué)光譜儀。在切割光纖時，盡量保證光纖端面的平整度和潔凈度，并采用手動熔接的方式進(jìn)行pbs光纖與smf之間的熔接，將熔接電流設(shè)置為80ma。由于熔接機(jī)采用的是推進(jìn)熔接的方式，故在光纖對準(zhǔn)時，要將兩段光纖留有一定空隙以保證光纖熔接端面的切合度和平整度，達(dá)到無錯位熔接的最好效果。圖3所示為pbs光纖的長度為8mm傳感器的傳輸光譜。從圖3中可以看出，該傳感單元產(chǎn)生了薩格納克干涉現(xiàn)象，形成了比較好的干涉條紋。

如圖4所示，3db耦合器1號端與光源連接，2號端與光譜儀連接，3號端與傳感單元的一端連接，傳感單元的的另一端與偏振控制器一端連接，偏振控制器的另一端與3db耦合器的4號端連接。將傳感單元置于移動平臺18上并將其固定，通過調(diào)節(jié)移動平臺之間的距離改變光纖所受拉力的大小，從光譜儀7記錄對應(yīng)不同拉力下的傳輸光譜，傳輸光譜如圖7所示。

從圖6、圖8中可以得出傳感器的溫度靈敏度和拉力靈敏度分別為53.89pm/℃和-0.00016nm/με。因此，該傳感器對溫度十分敏感而對拉力不敏感。該傳感器有效的避免了在檢測溫度參數(shù)時拉力對傳感單元的影響。在檢測具體物體的溫度時，從光譜儀測得不同波峰(谷)波長的漂移量，即可得出溫度的變化量。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。