本发明专利技术公开了一种基于微型迈克尔逊干涉理论的光纤高温传感器及制作方法，所述传感器由光纤(1)构成，其光纤纤芯分裂成两个部分，一部分在端面具有一平面反射面(5)，另一部分在端面具有一45°反射面(6)；当一束光沿光纤纤芯(3)入射到端面时，分裂成两束光，其中一束光在平面反射面(5)形成反射，构成迈克尔逊干涉仪的一干涉臂；另一束光在45°反射面形成全反射后经过光纤壁反射面(4)再次反射，从45°反射面(6)重新耦合回光纤纤芯(3)，构成迈克尔逊干涉仪的另一个干涉臂；两束光在光纤纤芯相遇后形成迈克尔逊干涉条纹。相比于传统的法珀或者马赫泽德温度传感，本发明专利技术具有理论创新性；结构简单，性能可靠，制作成本有优势。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及于光纤传感领域，特别是设及一种基于微型迈克尔逊干设理论的全光 纤溫度传感器及制作方法。
技术介绍
全光纤型传感器通常是直接在光纤上设计微结构来实现传感。该传感器具有微 型化优点而广泛应用于溫度、压力、应变及折射率等物理量的测量。其中，在溫度传感器方 面，全光纤型传感器由于组成材料单一，不存在热膨胀系数失配问题，具有更高的溫度响应 动态范围，因而克服了一般非全光纤传感器（如MEMS传感器）由于不同材料之间的热膨胀 系数失配而限制测溫范围的缺陷，受到国内外众多研究人员的关注。一般来说，全光纤高溫 传感器基于干设原理，利用热光效应和热膨胀效应改变干设信号相位差，实现溫度传感。从 目前报道来看，传感器材料主要有两种，一是采用普通二氧化娃光纤溫度响应可达到将近 1000°C，特殊地，蓝宝石光纤则可达到1600°C。传感器根据干设类型分类主要有=种，分别 是法巧型、马赫泽德型和迈克尔逊型。对于法巧型传感器，通常采用特殊光纤（例如中空光 纤、中空光子晶体光纤等）或者飞秒激光器在光纤上直接构造法巧微腔，运种结构受外界 因素影响较小，性能稳定，是应用最广泛的全光纤型传感器，但是需要特殊光纤或特殊设备 (例如飞秒激光器），具有较高的制作成本和工艺难度。马赫泽德型通常是在两段光纤之 间烙入另一种类型光纤，其透射干设谱信噪比较高，但是光纤结构强度受到一定的破坏，且 容易受到弯曲、应力的因素的影响。通过高溫实验分析其高溫响应特性。迈克尔逊干设型 采用光纤禪合器将一束光分到两路光纤中，通过调制光束在两路光纤中的光程实现位移测 量，同样也适用于测量其他可W转化为位移的物理量。该方法中，为了实现两路光纤的光程 匹配，通常需要使用机械移动部件，因此测量精度和重复性往往受机械移动件影响，仅适用 于测量精度和稳定性要求较低的场合。
技术实现思路
为了克服现有传感器存在的问题，并降低制作成本和工艺难度，本专利技术针对W上 不足，提出了一种基于微型迈克尔逊干设理论的全光纤溫度传感器及制作方法，采用光纤 研磨机直接在光纤端面构造迈克尔逊微结构，使光纤忍层的光分束成两束光，并经反射后 再次禪合回光纤形成双光束干设，通过光纤的热光效应和热膨胀效应来改变干设信号光程 差，从而实现溫度的传感和测量。 本专利技术公开了一种基于微型迈克尔逊干设理论的光纤高溫传感器，所述传感器由 光纤1构成，所述光纤1又包括光纤包层2和光纤纤忍3 ;所述光纤包层2具有光纤反射壁 4,所述光纤纤忍3具有端面；所述光纤纤忍分裂成两个部分，一部分在所述端面具有一平 面反射面5,另一部分在所述端面具有一 45°反射面6 ;当一束光沿所述光纤纤忍3入射到 所述端面时，分裂成两束光，其中一束光在平面反射面5形成反射，构成迈克尔逊干设仪的 一干设臂，得到参考光束8 ;另一束光在45°反射面形成全反射后经过光纤壁反射面4再次 反射，从45°反射面6重新禪合回光纤纤忍3,构成迈克尔逊干设仪的另一个干设臂，得到 传感光束9;参考光束8和传感光束9运两束光在光纤纤忍相遇后形成迈克尔逊干设条纹， 干设光束之间的光程差为光纤半径与折射率的乘积决定；当溫度变化时，光纤半径和折射 率会由于热膨胀效应和热光效应而发生改变，从而引起干设光谱的变化，通过干设光谱分 析即可实现光程差测量，导出待测溫度值。 阳0化]本专利技术还提出了一种基于微型迈克尔逊干设理论的光纤高溫传感器制作方法，该 方法具体包括W下步骤： 步骤一、固定光纤插忍10到卡槽，调整研磨角度为45° ;研磨机转盘11上首先贴 9ym光纤研磨纸12,设置研磨机转盘11转速为150转/分钟，将光纤插忍10研磨30分 钟；然后依次更换3ym光纤研磨纸13和1ym光纤研磨纸14各研磨10分钟，研磨机转盘 11转速保持150转/分钟不变，此时，光纤插忍10研磨完成；根据研磨效果应及时往光纤 研磨纸12、13、14和光纤插忍10之间喷水； 步骤二、将光纤1固定在已研磨好的光纤插忍10内，光纤1稍微伸出光纤插忍10 约100ym，采用1ym光纤研磨纸14,研磨机转盘11转速设定为100转/分钟，缓慢调节光 纤插忍10靠近光纤研磨纸14,两者完全贴上之后，匀速研磨10分钟；更换0. 3ym光纤抛 光纸15,相同的方法抛光10分钟，此时，光纤纤忍末端45°反射面6制作完成； 步骤=、将光纤插忍10更换成端面磨平的平端光纤插忍16,调节平端光纤插忍16 端面与0. 3ym光纤抛光纸15的距离为10~20ym，研磨机转盘11转速设定为50转/分 钟；将上一步研磨好45°反射面6的光纤1从平端光纤插忍16插入并缓慢与抛光纸15靠 近，当两者接触后，轻轻压住光纤1，开始研磨平面反射面5 ;在研磨平面反射面5时，每研磨 10秒将光纤1取出来在显微镜下观察，然后根据观察结果，调整下次研磨时间，逐步将两个 研磨的交汇线控制在光纤纤忍3之内，至此，光纤传感器制作完成。 与现有技术相比，本专利技术具有如下积极效果： 1、本专利技术提出的基于微型光纤迈克尔逊溫度传感器，采用直接研磨光纤构成，务 须烙接其他特种光纤，结构简单，性能可靠；也不需使用飞秒激光器等昂贵的加工设备，经 济实惠，具有更大的成本优势。 2、本专利技术提出的基于微型光纤迈克尔逊溫度传感器，其溫度传感原理在于利用光 纤的热光效应和热膨胀效应实现干设光程差的改变，实现溫度到干设光程差的转化。相比 于传统的法巧或者马赫泽德溫度传感，本专利技术具有理论创新性。 3、本专利技术提出的基于微型光纤迈克尔逊溫度传感器，通过改变光纤的材质实现不 同溫度范围的传感，普通的Si02光纤传感最高溫度达到1000°C，使用蓝宝石光纤传感最高 溫度达到1700 °C。【附图说明】 图1是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器结构示意图； 图2是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器制作方法示意图一； 图3是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器制作方法示意图二； 图4是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器制作方法示意图=; 图5是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器制作方法示意图四； 图6是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器制作方法示意图五； 图7是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器的实验系统示意图； 图8是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器输出的干设信号光谱图； 图9是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器输出光谱峰值随溫度漂移图； 图10是基于微型全光纤迈克尔逊溫度传感器溫度解调曲线；图中，1、光纤，2、光纤包层，3、光纤纤忍，4、光纤壁反射面，5、平面反射面，6、45° 反射面，7、入射光，8、参考光束，9、传感光束，10、光纤插忍，11、研磨机转盘，12、9ym光纤研 磨纸，13、3ym光纤研磨纸，14、1ym光纤研磨纸，15、0. 3um光纤抛光纸，16、平端光纤插忍， 17、SLD宽带光源，18、环形器，19、光谱仪，20、传感头，21、高溫炉，22、迈克尔逊干设条纹， 23、干设峰值随溫度漂移曲线，24、实验数据，25、拟合曲线。【具体实施方式】下面将结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细描述，运些实施方式若存在示 例性的内容，不应解释成对本专利技术的限制。迈克尔逊干设的基本原理是将一束光分成两束，其中一束反射光传播一定距离后 从固定反射镜反射回光分束处，称本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于微型迈克尔逊干涉理论的光纤高温传感器，其特征在于，所述传感器由光纤(1)构成，所述光纤(1)又包括光纤包层(2)和光纤纤芯(3)；所述光纤包层(2)具有光纤反射壁(4)，所述光纤纤芯(3)具有端面；所述光纤纤芯分裂成两个部分，一部分在所述端面具有一平面反射面(5)，另一部分在所述端面具有一45°反射面(6)；当一束光沿所述光纤纤芯(3)入射到所述端面时，分裂成两束光，其中一束光在平面反射面(5)形成反射，构成迈克尔逊干涉仪的一干涉臂，得到参考光束(8)；另一束光在45°反射面形成全反射后经过光纤壁反射面(4)再次反射，从45°反射面(6)重新耦合回光纤纤芯(3)，构成迈克尔逊干涉仪的另一个干涉臂，得到传感光束(9)；参考光束(8)和传感光束(9)这两束光在光纤纤芯相遇后形成迈克尔逊干涉条纹，干涉光束之间的光程差为光纤半径与折射率的乘积决定；当温度变化时，光纤半径和折射率会由于热膨胀效应和热光效应而发生改变，从而引起干涉光谱的变化，通过干涉光谱分析即可实现光程差测量，导出待测温度值。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江俊峰，刘铁根，吴凡，刘琨，王双，尹金德，邹盛亮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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