一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖法珀傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比，具有高靈敏度、抗電磁干擾、耐腐蝕、防爆及不干擾被測場等特點，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防、航天航海等領(lǐng)域，可測量溫度、壓力、流量、位移、振動、加速度、聲場、電流、電壓等多種物理量。比如深井下環(huán)境中的動態(tài)溫度、壓力等物理量；橋梁或大型建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中動態(tài)應(yīng)變、溫度、加速度等物理量。
[0003]目前，制作光纖法珀干涉的方法主要有:將一段光纖焊接在兩個鍍有高反射膜光纖的中間形成F-P腔；利用飛秒激光脈沖在光纖表面或內(nèi)部刻蝕空腔形成F-P腔；將常規(guī)光纖與空心光纖或微結(jié)構(gòu)光纖(包括光子晶體光纖)形成F-P腔；利用化學(xué)腐蝕方法制作F-P腔。上述制作方法，由于制作系統(tǒng)及工藝技術(shù)要求很高，導(dǎo)致光纖F-P干涉儀制作成本較高，F(xiàn)-P腔質(zhì)量易受加工技術(shù)的影響，因此使光纖F-P干涉儀在工程應(yīng)用中受到很大限制。
[0004]授權(quán)專利號為201010147320.1的中國專利“基于自聚焦效應(yīng)的光纖法珀復(fù)合結(jié)構(gòu)傳感器制作方法”，公開了一種采用化學(xué)腐蝕或激光微加工技術(shù)在漸變折射率多模光纖端面制作一微孔，將帶微孔的漸變折射率多模光纖與單模光纖熔接，形成光纖法珀結(jié)構(gòu)，利用漸變折射率多模光纖中的自聚焦效應(yīng)進(jìn)行折射率和溫度的測量。這種方法對于切割后的漸變折射率多模光纖長度有一定的要求，對切割工藝要求很高。授權(quán)公開號為CN202748041 U的中國專利“一種光纖法珀傳感器”，提供一種可以對溫度和壓力或者溫度和加速度同時測量的光纖法珀傳感，主要采用激光加工、飛秒激光加工、粒子束刻或電子束刻蝕加工工藝制作微腔，制作成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種對稱的全光纖法珀傳感器，包括單模光纖、多模光纖，其特征在于:所述單模光纖包括第一單模光纖、第二單模光纖，所述多模光纖包括第一多模光纖、第二多模光纖；所述第一單模光纖與第一多模光纖相熔接，所述第二單模光纖與第二多模光纖相熔接；所述第一多模光纖與第二多模光纖末端均設(shè)置有凹腔；所述第一多模光纖的凹腔與第二多模光纖的凹腔相對接形成FP腔。
[0007]所述凹腔長度設(shè)置為60微米。
[0008]所述凹腔端面設(shè)置為圓形結(jié)構(gòu)，端面直徑設(shè)置為62微米。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述第一單模光纖、第二單模光纖采用SMF-28單模光纖。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述第一多模光纖、第二多模光纖采用GIF625漸變折射率多模光纖。
[0011 ] 一種對稱的全光纖法珀傳感器的制造方法，其特征在于:包括如下步驟:
步驟一:將第一單模光纖與第一多模光纖利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，并利用光纖切割刀在靠近熔接處切割第一多模光纖，所述第一多模光纖長度設(shè)置為150微米；
步驟二:利用化學(xué)腐蝕方法腐蝕第一多模光纖端面，得到凹腔；
步驟三:將第二單模光纖與第二多模光纖利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，并利用光纖切割刀在靠近熔接處切割第二多模光纖，所述第二多模光纖長度設(shè)置為150微米；
步驟四:利用化學(xué)腐蝕方法腐蝕第二多模光纖端面，得到凹腔；
步驟五:把第一多模光纖、第二多模光纖對接連接在一起，兩部分凹腔形成FP腔，作為FP干涉的兩個反射面；
所述凹腔采用40%的HF緩沖溶液，溫度25°C，不加攪拌進(jìn)行腐蝕，通過腐蝕系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，腐蝕速率為12微米/min。
[0012]所述的第一多模光纖端面凹腔與第二多模光纖端面凹腔采用光纖熔接機(jī)的手動熔接，光纖熔接機(jī)放電強(qiáng)度50mA、預(yù)熔時間170ms，放電時間1000ms。
[0013]有益效果:本發(fā)明提供的一種對稱的全光纖法珀傳感器，結(jié)構(gòu)小巧、制作簡單、成本低廉，該光纖傳感器可利用化學(xué)腐蝕方法得到長的法珀腔，并且結(jié)構(gòu)對稱，條紋精細(xì)度低，受溫度影響小，可利用基于傅立葉變換的相位法實現(xiàn)高溫下的壓力、應(yīng)變的測量。
【附圖說明】
[0014]圖1為對稱的全光纖法珀傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為對稱的全光纖法珀傳感器凹腔結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為對稱的全光纖法珀傳感器的加工步驟示意圖；
圖4為對稱的法珀腔反射光譜圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0016]如圖1、圖2所不，一種對稱的全光纖法泊傳感器包括:第一單模光纖1、第一多模光纖2、第二單模光纖4和第二多模光纖5，所述的第一單模光纖I與第一多模光纖2通過光纖熔接機(jī)熔接，所述第一多模光纖2端面腐蝕出凹腔3，所述第二單模光纖4與第二多模光纖5同樣相熔接，并在第二多模光纖5端面腐蝕出凹腔3 ;所述凹腔3長度設(shè)置為60微米，凹腔3端面設(shè)置為圓形結(jié)構(gòu)，端面直徑設(shè)置為62微米。所述第一多模光纖2、第二多模光纖5對接連接在一起，兩部分凹腔3形成FP腔。第一單模光纖1、第二單模光纖4為康寧SMF-28，第一多模光纖2、第二多模光纖5為GIF625漸變折射率多模光纖。
[0017]如圖3所示，一種對稱的全光纖法珀傳感器的制造方法，包括以下幾個步驟: 步驟一:將第一單模光纖與第一多模光纖利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，并利用光纖切割刀在靠近熔接處切割第一多模光纖，第一多模光纖長度約為150微米；
步驟二:對第一多模光纖端面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，采用40%的HF緩沖溶液，溫度室溫，不加攪拌進(jìn)行腐蝕，腐蝕速率為12微米/min，腐蝕得到凹腔，凹腔長度60微米，凹腔端面直徑62微米;
步驟三:將第二單模光纖與第二多模光纖利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，并利用光纖切割刀在靠近熔接處切割第二多模光纖，第二多模光纖長度約為150微米；
步驟四:對第二多模光纖端面進(jìn)行化學(xué)腐蝕，采用40%的HF緩沖溶液，溫度室溫，不加攪拌進(jìn)行腐蝕，腐蝕速率為12微米/min，腐蝕得到凹腔，凹腔長度60微米，凹腔端面直徑62微米;
步驟五:將兩個對稱的凹腔采用光纖熔接機(jī)的手動方式進(jìn)行熔接，設(shè)置其放電強(qiáng)度50mA、預(yù)恪時間170ms，放電時間1000ms。
[0018]上述光纖傳感器可作為高溫下的壓力、應(yīng)變的測量，對稱結(jié)構(gòu)的長法珀腔反射光譜圖，如圖4所示，得到反射譜條紋精細(xì)度低，當(dāng)外界壓力、應(yīng)變發(fā)生改變時，法珀腔腔長發(fā)生改變，利用基于傅里葉變化的相位法可測量出被測壓力、應(yīng)變，精度高，適用于高溫環(huán)境。
[0019]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種對稱的全光纖法珀傳感器，包括單模光纖、多模光纖，其特征在于:所述單模光纖包括第一單模光纖、第二單模光纖，所述多模光纖包括第一多模光纖、第二多模光纖；所述第一單模光纖與第一多模光纖相熔接，所述第二單模光纖與第二多模光纖相熔接；所述第一多模光纖與第二多模光纖末端均設(shè)置有凹腔；所述第一多模光纖的凹腔與第二多模光纖的凹腔相對接形成FP腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法，其特征在于:所述凹腔長度設(shè)置為60微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法，其特征在于:所述凹腔端面設(shè)置為圓形結(jié)構(gòu)，端面直徑設(shè)置為62微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法，其特征在于:所述第一單模光纖、第二單模光纖采用SMF-28單模光纖。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法，其特征在于:所述第一多模光纖、第二多模光纖采用GIF625漸變折射率多模光纖。6.一種對稱的全光纖法珀傳感器的制造方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:將第一單模光纖與第一多模光纖利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，并利用光纖切割刀在靠近熔接處切割第一多模光纖，所述第一多模光纖長度設(shè)置為150微米； 步驟二:利用化學(xué)腐蝕方法腐蝕第一多模光纖端面，得到凹腔； 步驟三:將第二單模光纖與第二多模光纖利用光纖熔接機(jī)進(jìn)行熔接，并利用光纖切割刀在靠近熔接處切割第二多模光纖，所述第二多模光纖長度設(shè)置為150微米； 步驟四:利用化學(xué)腐蝕方法腐蝕第二多模光纖端面，得到凹腔； 步驟五:把第一多模光纖、第二多模光纖對接連接在一起，兩部分凹腔形成FP腔，作為FP干涉的兩個反射面。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種對稱的全光纖法珀傳感器的制造方法，其特征在于:所述凹腔采用40%的HF緩沖溶液，溫度25°C，不加攪拌進(jìn)行腐蝕，通過腐蝕系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，腐蝕速率為12微米/min。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種對稱的全光纖法珀傳感器的制造方法，其特征在于:所述的第一多模光纖端面凹腔與第二多模光纖端面凹腔采用光纖熔接機(jī)的手動熔接，光纖熔接機(jī)放電強(qiáng)度50mA、預(yù)恪時間170ms，放電時間1000ms。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對稱的全光纖法珀傳感器，第一單模光纖與第一多模光纖相熔接，所述第二單模光纖與第二多模光纖相熔接；所述第一多模光纖與第二多模光纖末端均設(shè)置有凹腔；所述第一多模光纖的凹腔與第二多模光纖的凹腔相對接形成FP腔。本發(fā)明提供的一種對稱的全光纖法珀傳感器及其制作方法，結(jié)構(gòu)小巧、制作簡單、成本低廉，該光纖傳感器可利用化學(xué)腐蝕方法得到長的法珀腔，并且結(jié)構(gòu)對稱，條紋精細(xì)度低，受溫度影響小，可利用基于傅立葉變換的相位法實現(xiàn)高溫下的壓力、應(yīng)變的測量。
【IPC分類】G01D5/26
【公開號】CN105180980
【申請?zhí)枴緾N201510660838
【發(fā)明人】葛益嫻, 王婷婷, 張加宏, 常建華
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月14日