温度与应变双参量传感系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种温度与应变双参量传感系统及其测量方法，将宽带光源、输入单模光纤、光子晶体光纤、输出单模光纤、光谱仪顺次连接，光子晶体光纤纤芯支持基模和高阶模，利用纤芯基模与纤芯高阶模之间的干涉和纤芯模与包层模之间的干涉，能够同时测量温度及应变。采用傅里叶变换，通过编程，选择特定稳定的模式进行傅里叶逆变换，从而分别得到不同模式对于温度及应变的响应透射谱。结合灵敏度矩阵并选择同一波峰或波谷，测得对不同温度及应变的漂移量，从而得到传感器对于温度、应变的响应曲线。

【技术实现步骤摘要】
温度与应变双参量传感系统及其测量方法
本专利技术属于光纤传感领域，尤其涉及一种温度与应变双参量传感系统及其测量方法。
技术介绍
随着时代的发展，对传感器的要求也越来越高。光纤传感器因其本身的优点，在科研和工业应用中一直占有很重要的地位。光子晶体光纤(PCF)是一种新颖的光纤，具有独特的光学性能。光子晶体光纤本身结构是带有缺陷的二位光波导阵列，其包层由折射率不同于纤芯的材料以沿光纤轴向伸展的圆孔周期性排列。这些规则排列的圆孔可以是空气孔，也可以是其他掺杂的材料组成。通过调节孔洞的大小、形状、位置分布，设计得到具有不同性质的PCF。由于光子晶体光纤具有很好的结构特性和模式特性，并且能方便得调控性能，可以用于对温度、应变、折射率等物理量的测量，因此，PCF的应用引起了研究者的广泛关注。目前已经实现了基于光子晶体光纤的温度或者应变光纤传感器。但是，目前的报道主要是单参量传感器，而实际中往往需要温度及应变同时测量。并且，已有的双参量传感器，测量方法较为简单，对外界环境的响应不够准确，限制了光纤传感器的应用范围。专利CN201620421589.7、CN201620379742.4专利技术了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度与应变双参量传感系统，其特征在于，包括宽带光源、输入单模光纤、光子晶体光纤、输出单模光纤、光谱仪；输入单模光纤、光子晶体光纤、输出单模光纤依次同心连接，从宽带光源发出的光经输入单模光纤入射到光子晶体光纤，激发起对外界温度、应变敏感的纤芯基模、纤芯高阶模和包层模模式，光通过光子晶体光纤与输出单模光纤的熔接处耦合到输出单模光纤并发生干涉,光谱仪采集干涉谱。

【技术特征摘要】
1.一种温度与应变双参量传感系统，其特征在于，包括宽带光源、输入单模光纤、光子晶体光纤、输出单模光纤、光谱仪；输入单模光纤、光子晶体光纤、输出单模光纤依次同心连接，从宽带光源发出的光经输入单模光纤入射到光子晶体光纤，激发起对外界温度、应变敏感的纤芯基模、纤芯高阶模和包层模模式，光通过光子晶体光纤与输出单模光纤的熔接处耦合到输出单模光纤并发生干涉,光谱仪采集干涉谱。2.根据权利要求1所述的温度与应变双参量传感系统，其特征在于，纤芯材质为二氧化硅，光子晶体光纤的包层由空气包层与外包层组成，空气包层由空气孔堆积而成，呈圆形或者正六边形，空气孔的孔壁为二氧化硅材质，空气包层的等效折射率范围为1.2～1.45，光子晶体光纤中空气孔的层数为1～5层，包层直径为110～220μm，包层材料为二氧化硅；纤芯直径为2.7～19.4μm，单个空气孔直径为1～5μm，相邻空气孔间距为1.6～11.2μm。3.根据权利要求2所述的温度与应变双参量传感系统，其特征在于，光子晶体光纤的空气包层为3层空气孔，纤芯为实心，光子晶体光纤长度范围为1～5cm。4.一种温度与应变双参量的测量方法，其特征在于，包括以下步骤，将宽带光源、输入单模光纤、光子晶体光纤、输出单模光纤、光谱仪顺次连接，从宽带光源发出的光经输入单模光纤入射到光子晶体光纤后，激发起对外界温度、应变敏感的纤芯基模、纤芯高阶模和包层模模式；光通过光子晶体光纤与输出单模光纤的熔接处耦合到输出单模光纤并发生干涉，光子晶体光纤所处的温度、应变发生改变，干涉峰的波长位置发生改变，通过对干涉透射谱进行傅里叶变换及逆变换来检测不同模式干涉时干涉峰波长的移动，实现对外界应变、温度的同时测量。5.根据权利要求4所述的温度与应变双参量的测量方法，其特征在于，对光谱仪中的干涉透射谱采取傅里叶变换，对纤芯基模和纤芯高阶模产生干涉的空间频谱、纤芯模和包层模产生干涉的空间频谱进行傅里叶逆变换分别得到对于温度及应变的干涉图像，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海湖，郑洲，郑羽，曹蓓蓓，江昕，李政颖，桂鑫，姜德生，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42