The invention provides an all-optical fiber sensor for simultaneous measurement of refractive index and temperature and a measuring method thereof. The all-optical fiber sensor includes a broadband spectral light source, an optical fiber sensing head and a spectral analyzer. The input port of the optical fiber sensing head is connected with the broadband spectral light source through the optical fiber, and the output port of the optical fiber sensing head is connected with the spectral analyzer through the optical fiber. The measurement method includes putting the optical fiber sensor head into the environment to be measured, measuring the moving range of the valley wavelength of interference fringes by spectral analyzer and computer, and then obtaining the change value of refractive index and temperature by mathematical method. An all-optical fiber sensor and its measurement method for simultaneous measurement of refractive index and temperature of the present invention can eliminate the potential in refractive index measurement. The cross sensitivity of temperature can also improve the accuracy of refractive index and temperature measurement. It has the advantages of simple structure, low cost, easy operation and wide measurement range.
【技术实现步骤摘要】
一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器及其测量方法
本专利技术涉及光纤传感器领域,具体涉及一种基于马赫-曾德干涉仪型折射率和温度同时测量的全光纤传感器及其测量方法。
技术介绍
伴随着高科技产业的快速发展,折射率和温度是这些应用中最重要的参数,如化学、食品工业和高科技实验室领域。因此,实时监测折射率和温度非常重要。光纤马赫-曾德干涉仪(Mach-ZehnderInterferometer,MZI)型传感器由于其独特的优势而被广泛研究,如抗电磁干扰,高灵敏度,潜在的低成本以及长距离分布式测量的可能性。早期有关折射率和温度测量的制造方法的工作已有报道,其中包括用飞秒激光对光纤进行打孔、嵌入光子晶体光纤结构,级联光纤布拉格光栅或者长周期光纤光栅或嵌入式特殊光纤。一般而言,这些方法通常需要复杂的制造工艺或价格相对昂贵。最重要的是上述研究忽略了温度对折射率的影响。通常,由于热光效应和热膨胀,马赫-曾德干涉仪型传感器对温度也很敏感。因此,折射率测量存在潜在的温度交叉敏感性问题。同时,许多研究使用改进的光纤布拉格光栅(FiberBraggGrating,FBG)和长周期光纤光栅(LongPeriodFiberGrating,LPFG)同时检测折射率和温度,但是这种方法也是非常昂贵的,并且其实际应用受到限制。
技术实现思路
有鉴于此,为解决上述现有技术中的问题,本专利技术提供了一种基于马赫-曾德干涉仪的折射率和温度同时测量的全光纤传感器及其测量方法,可以消除折射率测量时存在潜在的温度交叉敏感性问题并且可以提高测量折射率和温度的精确度,具有结构简单、成本低、操作方便而且测量范围大 ...
【技术保护点】
1.一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器,其特征在于:包括宽带光谱光源、光纤传感头和光谱分析仪;所述光纤传感头包括输入输出光纤部分、光束耦合部分和传感部分,所述输入输出光纤部分包括输入单模光纤和输出单模光纤,所述光束耦合部分包括多模光纤和细芯‑单模光纤熔接点即粗锥结构;传感部分包括细芯光纤,位于光纤传感头中间,所述输入输出光纤部分和传感部分通过光束耦合部分连接,第一耦合点为多模光纤与单模光纤连接点,由于纤芯失配引起光波在细芯光纤中的纤芯和包层中传播,第二耦合点为细芯‑单模光纤熔接结构,将在细芯光纤中纤芯和包层传播的光波重新耦合一起,发生干涉,并进入单模光纤的纤芯中传播;光纤传感头的输入端口与宽带光谱光源通过光纤连接,所述光纤传感头的输出端口与光谱分析仪通过光纤连接,光纤传感头中由所述多模光纤(MMF)、细芯光纤(TCF)和细芯光纤与单模光纤熔接点构成马赫‑曾德干涉仪,马赫‑曾德干涉仪内部的光束在传输时发生干涉,然后传输进入光谱分析仪。
【技术特征摘要】
1.一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器,其特征在于:包括宽带光谱光源、光纤传感头和光谱分析仪;所述光纤传感头包括输入输出光纤部分、光束耦合部分和传感部分,所述输入输出光纤部分包括输入单模光纤和输出单模光纤,所述光束耦合部分包括多模光纤和细芯-单模光纤熔接点即粗锥结构;传感部分包括细芯光纤,位于光纤传感头中间,所述输入输出光纤部分和传感部分通过光束耦合部分连接,第一耦合点为多模光纤与单模光纤连接点,由于纤芯失配引起光波在细芯光纤中的纤芯和包层中传播,第二耦合点为细芯-单模光纤熔接结构,将在细芯光纤中纤芯和包层传播的光波重新耦合一起,发生干涉,并进入单模光纤的纤芯中传播;光纤传感头的输入端口与宽带光谱光源通过光纤连接,所述光纤传感头的输出端口与光谱分析仪通过光纤连接,光纤传感头中由所述多模光纤(MMF)、细芯光纤(TCF)和细芯光纤与单模光纤熔接点构成马赫-曾德干涉仪,马赫-曾德干涉仪内部的光束在传输时发生干涉,然后传输进入光谱分析仪。2.根据权利要求1所述的一种折射率和温度同时测量的全光纤传感器,其特征在于:还包括计算机,所述计算机与光谱分析仪输出端通信...
【专利技术属性】
技术研发人员:蒙红云,焦涛,邓淑营,谭春华,黄旭光,
申请(专利权)人:华南师范大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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