一种基于PCF马赫-泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于光子晶体光纤（PCF）马赫‑泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置，包括宽带光源，传感器件和光谱分析仪。其中传感器件由第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、PCF以及第二单模光纤依次熔接，其特征是PCF与其他光纤的熔接处有一定长度的塌缩。传感的一端与宽带光源相连，另一端接入光谱仪，光从单模光纤进入渐变折射率多模光纤再通过塌缩区域扩束进入PCF后由第二个塌缩区域会聚进入单模光纤中形成马赫‑泽德干涉仪（MZI），由于渐变折射率多模光纤中的自聚焦效应，会极大的提高传感器件的灵敏度。通过测量透射光谱的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。本发明专利技术具有结构紧凑、制造简单、灵敏度高以及测量范围广和温度交叉灵敏度低等优点，适用多种环境参数测量，尤其是应力测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PCF马赫-泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置
本专利技术提供了一种基于光子晶体光纤（PCF）的马赫-泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置，属于光纤传感

技术介绍
当今世界对信息的开发、获取、传输和处理绝大部分都是由传感器来完成的，而人们对传感器的要求也越来越高，希望传感器能够更加的灵敏、精确、小巧和智能化，无论何种环境都能保持高性能。在众多光纤传感器中，基于马赫-泽德干涉仪（MZI）特性的光纤传感器迅速发展，成为了光纤传感器研究领域的一个重要分支。而应力测试这个方面在当今世界上很多的领域都有需求，如航空航天、企业生产、工程制造等领域中的生产和控制，应力都是它们的重要参数之一。光纤马赫-泽德干涉仪型（MZI）应力传感器相对于传统传感器来说具有体积小、重量轻、响应速度快、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀等特点。近年来，光纤马赫-泽德干涉仪型（MZI）应力传感器不仅在很多高校里作为科学研究的对象，同时在民间企业、军事方面和航天航空工程上都具有很广泛的应用，制作这种类型光纤传感器的结构多种多样，所以为该方面的科学研究带来了无限的潜力。本专利技术中的传感结构应用了PCF和渐变折射率多模光纤。PCF因其独特的光学特性、结构可灵活设计的优点以及对空气孔中填充的材料参量变化敏感的特点而成为近几年来传感领域的研究热点。PCF作为新的感测介质，因为沿着光纤纵向分布的空气孔阵列，从而呈现低的热光系数，这种基于PCF的光纤马赫-泽德干涉型（MZI）应力传感器具有灵敏度高，制造技术简单，结构紧凑的优点。但是响应谱的可见度（峰值和其相邻波谷之间的光谱传输差异）相对较低，并且由于纤芯和包层模式之间的有限干扰效应，其3-dB带宽通常较宽。通常我们可以通过获取和分析中心波长的变化来测量应变灵敏度。渐变折射率多模光纤具有自聚焦效应，通过对传感结构施加应力，会改变渐变折射率多模光纤中光的自聚焦长度，从而对光程差产生影响，并提高传感器件的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术根据当下对传感器的要求，制作了一种基于PCF马赫-泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置，它具有结构紧凑、制造简单、灵敏度高以及测量范围广和温度交叉灵敏度低等优点，适用多种环境参数测量，尤其是应力测量。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为：一种基于PCF马赫-泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置，包括宽带光源、传感器件和光谱分析仪，其连接方式为：宽带光源、传感器件和光谱分析仪依次连接；其特征表现为：所讲述的光纤传感器件是由第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、PCF以及第二单模光纤依次连接而成的，其关键在于与对PCF连接的两端节点进行了放电塌缩，塌缩部分形成了类似无芯光纤的结构，从而形成了马赫-泽德干涉仪（MZI）光纤传感器；而渐变折射率多模光纤具有自聚焦效应，通过对传感结构施加应力，会改变渐变折射率多模光纤中光的自聚焦长度，从而对光程差产生影响，并提高传感器件的灵敏度。传感器件所用的材料为包层直径125μm的单模光纤，纤芯直径62.5μm或50μm的渐变折射率多模光纤以及LMA-10型光子晶体光纤，通过光纤熔接机熔接而成。作为优选方案，所述渐变折射率光纤光纤长度为5～15cm。作为优选方案，所述PCF的长度为＜5mm。作为优选方案，所述塌缩区域长度均为150～220μm。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1、所述传感器件是价格低廉的单模光纤、渐变折射率多模光纤与PCF组合所制成的，结构比较简单，制作方便，所用的PCF长度比较短，制作成本比较低。2、传感器件对应力、压力、折射率都具有敏感性，可以用于多种环境参数的测量，尤其对应力的变化反应敏感，具有很高的应力灵敏度以及较宽的测量范围。3、传感器件对温度的敏感度比较低，测量时可以降低环境温度对传感器的影响，而且对应力的敏感度高于温度，所以温度交叉灵敏度比较低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的实施应用系统示意图。图2为本专利技术传感器件结构示意图。图中，1.宽带光源，2.传感器件，3.光谱分析仪，4.第一单模光纤，5.渐变折射率多模光纤，6.光子晶体光纤，6a.光子晶体光纤第一塌缩区域，6b.光子晶体光纤第二塌缩区域，6c.光子晶体光纤未塌缩区域，7.第二单模光纤。具体实施方式下面结合附图及实施实例对本专利技术作进一步描述：图1所示为本专利技术的实施应用系统示意图，包括宽带光源1、传感器件2、光谱分析仪3。其连接方式为：宽带光源、传感器件和光谱分析仪依次连接。图2所示为本专利技术传感器件结构示意图，所述传感器件由第一单模光纤4，渐变折射率多模光纤5，光子晶体光纤6和第二单模光纤7构成，接有光子晶体光纤6的这一段区域包括了熔接放电形成的光子晶体光纤第一塌缩区域6a、光子晶体光纤第二塌缩区域6b和光子晶体光纤未塌缩区域6c。整个传感结构由光纤包层125μm单模光纤，纤芯直径62.5μm渐变折射率多模光纤以及LMA-10型光子晶体光纤组成。所述传感器件的制作方法是：将任意长度的第一单模光纤4一端与12cm长的渐变折射率多模光纤5一端熔接起来，渐变折射率多模光纤5另一端与2mm长光子晶体光纤6进行熔接，调整熔接机的放电时间对光子晶体光纤6进行放电塌缩，其第一塌缩区域6a长度为206μm，光子晶体光纤6的另一端与第二单模光纤7熔接，使用同样方式对光子晶体光纤进行放电塌缩，其第二塌缩区域6b长度为208μm。结合图1和2，介绍具体的工作原理：首先，宽带光源中的光通过单模光纤进入渐变折射率多模光纤，从而增加了光场的模式，然后光从多模光纤5进入光子晶体光纤第一塌缩区域，此塌缩区域相当于无芯光纤，光在第一塌缩区域进行扩束，一部分光从纤芯通过，另一部分光从光纤的包层通过，从而形成马赫-泽德干涉仪（MZI），光通过光子晶体光纤后进入第二塌缩区域，会聚进入第二单模光纤中，形成干涉后的光谱传输到光谱仪中，测量输出光谱特征峰的波长漂移量，即可计算出被测环境参数的数值。而渐变折射率多模光纤具有自聚焦效应，通过对传感结构施加应力，会改变渐变折射率多模光纤中光的自聚焦长度，从而对光程差产生影响，并提高传感器件的灵敏度。以上所述的具体实施例，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应被理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光子晶体光纤（PCF）马赫‑泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置，其特征在于：包括宽带光源、传感器件和光谱分析仪，其连接方式为：宽带光源、传感器件和光谱分析仪依次连接；其特征表现为：所讲述的光纤传感器件是由第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、PCF以及第二单模光纤依次连接而成的，其关键在于与对PCF连接的两端节点进行了放电塌缩，塌缩部分形成了类似无芯光纤的结构，从而形成了马赫‑泽德干涉仪（MZI）光纤传感器；而渐变折射率多模光纤具有自聚焦效应，通过对传感结构施加应力，会改变渐变折射率多模光纤中光的自聚焦长度，从而对光程差产生影响，并提高传感器件的灵敏度。

【技术特征摘要】
1.一种基于光子晶体光纤（PCF）马赫-泽德干涉仪（MZI）的高灵敏度应力传感装置，其特征在于：包括宽带光源、传感器件和光谱分析仪，其连接方式为：宽带光源、传感器件和光谱分析仪依次连接；其特征表现为：所讲述的光纤传感器件是由第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、PCF以及第二单模光纤依次连接而成的，其关键在于与对PCF连接的两端节点进行了放电塌缩，塌缩部分形成了类似无芯光纤的结构，从而形成了马赫-泽德干涉仪（MZI）光纤传感器；而渐变折射率多模光纤具有自聚焦效应，通过对传感结构施加应力，会改变渐变折射率多模光纤中光的自聚焦长度，从而对光程差产生影响，并提高传感器件的灵敏度。2.根据权利要求1所述一种基于PCF的马赫-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东宁，杨帆，王兆坤，李柳江，徐贲，陈慧芳，王海龙，赵春柳，龚华平，朱天瑜，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33