一种基于弧形结构的折射率传感器制造技术

本方案公开一种基于弧形结构的折射率传感器，通过毛细管SCT将传感器固定为弧形状，在弧形结构后面级联一个空气硅腔，对于弧形结构和谐振反射波导结构，由于单模光纤的热膨胀效应和热光效应，因此对于温度敏感，且弧形结构对液体折射率敏感，可以用作液体折射率传感器，由于不同的传感机理，因此本方案可用作温度、RI同时传感。另一方面，通过在单模光纤末端熔制气泡后，用SCT将传感器固定为弧形状，混合结构不仅可以提高传感器的灵敏度，还使得传感器同时对温度、折射率和横向压力敏感，可用作三参数同时传感。并且设计的传感探头结构简单、性能稳定、价格低廉。价格低廉。价格低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弧形结构的折射率传感器


[0001]本技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于弧形结构的折射率传感器。

技术介绍

[0002]液体折射率(RI)传感在各种化学、医学和生物液体测量中起着重要的作用。在实际应用中，被测液体并不总是处于温度稳定的环境中，RI测量常伴随温度串扰。因此，在液体测量应用中，同时测量RI和温度是必不可少的。近年来，全光纤传感器以其成本低、重量轻、灵敏度高、抗磁性好等优点引起了人们的广泛关注。为了满足同时测量RI和温度的要求，在光纤传感器领域进行了大量的研究。包括长周期光纤光栅(LPG)和光纤布拉格光栅 (FBG)的光纤光栅是双参数测量的混合传感器中常用的两种光栅。这些混合传感器通常是通过将光纤光栅级联到另一种结构来制造的，例如光子晶体光纤、S光纤锥、回音廊模式、 Sagnac光纤环路等，或者通过在FBG中嵌入另一种结构，例如微光纤和MachZehnder干涉仪(MZI)。将这些混合传感器应用于RI和温度的同时测量，无论是RI灵敏度还是温度灵敏度都受光纤光栅的影响。LPG和FBG的温度灵敏度均为pm/℃，而FBG的RI灵敏度小于1 nm/RIU，并且LPG的RI灵敏度为几十纳米/RIU。因此，基于光纤光栅的混合传感器不能同时实现温度灵敏度和高RI灵敏度(超过100nm/RIU)测量。近年来，基于光子晶体光纤 (PCF)的传感器以其体积小、灵敏度高、损耗低等优点被用于同时测量温度和RI，成为众多研究小组的研究热点。包括通过横向偏移拼接两片PCF或部分折叠一片PCF中的气孔的全 PCF干涉仪，通过在两片单模光纤(SMF)中插入一段充满酒精的PCF来形成SMF
–
PCF
–
SMF 结构。然而，上述方法的相关制造工艺复杂或相对昂贵。
[0003]近年来,随着传感技术的飞速发展,光纤传感器以其体积小、重量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优异的特性倍受青睐,可用于高温高压、强电磁场、强腐蚀等恶劣环境中的探测。利用光纤传感器测量液体折射率(RI)可应用于化学溶液浓度测量、生物真菌生长监测、环境污染检测等许多领域，具有重要意义。目前，一些类型的光纤传感器已用于液体RI传感，包括光纤布拉格光栅(FBG)、干涉型光纤传感器、基于锥形光纤的干涉仪。其中，FBG 对温度敏感，不能解决液体RI测量过程中的温度串扰问题。光纤锥形干涉仪因其结构简单、灵敏度高而得到广泛的研究。目前已经报道了许多类型的光纤锥形结构来实现RI传感，例如S锥形光纤探针、锥形光子晶体光纤、锥形无芯光纤、锥形多模光纤。所有这些结构基本上都使用到特殊的光纤，得到的传感器不但对液体RI灵敏度不高,而且增加了传感器的成本以及制造复杂度。在目前报道的光纤横向压力传感器中，光纤布FBG传感器在横向压力传感中占主导地位，但是它们由于用到昂贵的高能量激光器，如准分子激光器或飞秒激光器，使其造价昂贵。目前对可以测量温度、RI和横向压力的光纤传感技术鲜有报道。

技术实现思路

[0004]针对以上不足，本方案设计了一种基于弧形结构的折射率传感器，一款制作工艺
简单、高灵敏度、性能稳定、价格低廉的弧形结构的折射率传感器，可以将此传感器应用于生物医疗、石油开采、化学化工、食品制造和环境检测等领域。
[0005]本方案采用以下技术手段。
[0006]一种基于弧形结构的折射率传感器，包括固定管、预设长度的第一传感光纤，第一传感光纤的两端穿入固定管同一侧的端面，并且于固定管另一侧端面穿出，且第一传感光纤在固定管背向第一传感光纤端部的端面外侧构成弧形。
[0007]优选的，还包括谐振反射波导装置、预设长度的第二传感光纤，谐振反射波导装置为预设长度的空心管状结构，谐振反射波导装置的外径与所述第一传感光纤截面的外径相同，谐振反射波导装置的内径大于所述第一传感光纤截面纤芯的外径，第二传感光纤与所述第一传感光纤截面的外径、纤芯外径均相同，谐振反射波导装置的一端熔接所述第一传感光纤的一端，谐振反射波导装置的另一端熔接第二传感光纤的一端，谐振反射波导装置、第二传感光纤、所述第一传感光纤的两端位于所述固定管同侧端面外侧，第二传感光纤的另一端作为出光端，所述第一传感光纤的另一端作为入光端。
[0008]优选的，还包括混合干涉装置，混合干涉装置为内置空心的气泡结构，该气泡结构的外径大于所述第一传感光纤的外径，并且表面设置有贯穿内外的通孔，该通孔与所述第一传感光纤的截面相适应，通孔的外层与所述第一传感光纤一端的外层相适应，通孔的内层大于所述第一传感光纤的纤芯，混合干涉装置通过其表面的通孔与所述第一传感光纤的一端相熔接，所述第一传感光纤的另一端同时作为入光端与出光端，光线在混合干涉装置内折射返回。
[0009]优选的，所述弧形上一点到所述固定管对应一侧所在平面的最长垂直距离为该弧形的长，所述弧形上垂直于弧形长的最长两点之间的距离为该弧形的宽，该弧形宽为1.2到1.5cm，该弧形长为2cm到2.6cm。
[0010]优选的，所述固定管为预设长度的毛细管。
[0011]优选的，所述第一传感光纤、第二传感光纤均为单模光纤。
[0012]优选的，所述谐振反射波导结构为空心硅管。
[0013]优选的，所述混合干涉装置为空心硅管。
[0014]本技术的有益效果是：本技术提出了一种基于弧形结构的折射率传感器，通过毛细管SCT将传感器固定为弧形状，在弧形结构后面级联一个空气硅腔，对于弧形结构和谐振反射波导结构，由于单模光纤SMF的热膨胀效应和热光效应，因此对于温度敏感，且弧形结构对液体折射率敏感，可以用作液体折射率传感器，由于不同的传感机理，因此本方案可用作温度、RI同时传感。另一方面，通过在单模光纤末端熔制气泡后，用SCT将传感器固定为弧形状，混合结构不仅可以提高传感器的灵敏度，还使得传感器同时对温度、折射率和横向压力敏感，可用作三参数同时传感。并且设计的传感探头结构简单、性能稳定、价格低廉。
附图说明
[0015]图1是实施例1的传感器结构；
[0016]图2是实施例1的折射率传感测试装置；
[0017]图3是实施例1的横向压力传感测试装置；
[0018]图4是实施例1的温度传感测试装置；
[0019]图5是实施例2的传感器结构；
[0020]图6是实施例2的空气腔结构；
[0021]图7是实施例2的弧形、谐振腔和混合结构的透射光谱；
[0022]图8是实施例2的折射率传感实验装置；
[0023]图9是实施例2的折射率传感实验谱线图；
[0024]图10是实施例2的折射率传感实验拟合图；
[0025]图11是实施例2的温度传感实验装置；
[0026]图12是实施例2的温度传感实验谱线图；
[0027]图13是实施例2的温度传感实验拟合图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本方案进行进一步说明。
[0029]一种基于弧形结构的折射率传感器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弧形结构的折射率传感器，其特征在于：包括固定管、预设长度的第一传感光纤，第一传感光纤的两端穿入固定管同一侧的端面，并且于固定管另一侧端面穿出，且第一传感光纤在固定管背向第一传感光纤端部的端面外侧构成弧形。2.根据权利要求1所述的一种基于弧形结构的折射率传感器，其特征在于：还包括谐振反射波导装置、预设长度的第二传感光纤，谐振反射波导装置为预设长度的空心管状结构，谐振反射波导装置的外径与所述第一传感光纤截面的外径相同，谐振反射波导装置的内径大于所述第一传感光纤截面纤芯的外径，第二传感光纤与所述第一传感光纤截面的外径、纤芯外径均相同，谐振反射波导装置的一端熔接所述第一传感光纤的一端，谐振反射波导装置的另一端熔接第二传感光纤的一端，谐振反射波导装置、第二传感光纤、所述第一传感光纤的两端位于所述固定管同侧端面外侧，第二传感光纤的另一端作为出光端，所述第一传感光纤的另一端作为入光端。3.根据权利要求1所述的一种基于弧形结构的折射率传感器，其特征在于：还包括混合干涉装置，混合干涉装置为内置空心的气泡结构，该气泡结构的外径大于所述第一传感光纤的外径，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑杰文，张璐瑶，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：