一种具有折射率自补偿的温度测量传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，属于光纤传感器技术领域。该传感器包括同轴依次连接的第一单模光纤、第一多模光纤、镀膜细芯光纤、第二多模光纤和第二单模光纤，所述镀膜细芯光纤的径向由内向外依次设有纤芯、包层和金属膜，其中纤芯直径为3.8

【技术实现步骤摘要】
一种具有折射率自补偿的温度测量传感器


[0001]本专利技术属于光纤传感器
，具体涉及一种具有折射率自补偿的温度测量传感器。

技术介绍

[0002]光纤传感器因其耐高温、耐腐蚀、结构紧凑、灵敏度高等优势被更多的深入研究。传统的单参数测量光纤传感器主要是针对折射率、应变、位移、温度等单一参数进行测量，而多参数测量技术则是包括对两个或者两个以上此类物理参数的测量。多参数之间交叉的敏感性给光纤传感器的设计带来很多困扰，而且还会影响到光纤传感器测量的测量精度，研究多参数测量的光纤传感器具有极大的科研价值与市场前景。此外，为了满足某些特定工程要求对多物理量的测量，多参数光纤传感器的研究显得尤为重要。到目前为止，已发展出基于光纤表面等离子体共振现象、光纤迈克尔逊干涉仪、马赫曾德尔干涉仪、光纤布拉格光栅、Fabry
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Perot干涉仪等多种类型的光纤传感器。
[0003]现有的光纤温度传感器具有制备工艺复杂，制备材料成本高昂等缺陷，且折射率和温度存在交叉敏感，因此如何实现温度测量传感器的折射率自补偿成为研究的方向。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供了一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，基于MZI原理测量折射率和温度，SPR现象测量折射率，实现折射率自补偿功能，具有成本低、体积小、使用寿命长，制备安全等优点。
[0005]技术方案：一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，包括同轴依次连接的第一单模光纤、第一多模光纤、镀膜细芯光纤、第二多模光纤和第二单模光纤，所述镀膜细芯光纤的径向由内向外依次设有纤芯、包层和金属膜，其中纤芯直径为3.8
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9μm，包层直径为80
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125μm，金属膜厚为40
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60nm。
[0006]优选的，所述金属膜为银膜。
[0007]优选的，所述第一多模光纤和第二多模光纤的长度均为0.9
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1.1cm。
[0008]优选的，所述镀膜细芯光纤的长度为1
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1.5cm。
[0009]优选的，所述第一单模光纤、第一多模光纤、镀膜细芯光纤、第二多模光纤和第二单模光纤之间熔接连接。
[0010]优选的，所述熔接连接的单次损耗不高于0.02dB。
[0011]优选的，所述金属膜的镀膜方式为测控溅射。
[0012]优选的，所述第一多模光纤和第二多模光纤的直径为50
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62.5μm。
[0013]有益效果：本专利技术仅涉及到三种类型的光纤，材料成本低；两段多模光纤作为耦合器，细芯光纤作为传感区域，可用作马赫曾德尔干涉仪，测量折射率及温度，对细芯光纤镀上金属膜，激发SPR现象，测量折射率，能够形成双参量检测；本专利技术仅需四次熔接操作，且都将熔接损耗控制在0.02dB，操作简单，同时减小了传输损耗。
[0014]附图说明
[0015]图1为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器的纵向剖视图；图2为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器的模型图；图3为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器系统测试图；图4为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器对不同折射率测得的SPR光谱图；图5为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器SPR共振波长在不同折射率范围的灵敏度关系图；图6为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器对不同温度测得的MZI光谱图；图7为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器MZI共振波长在不同温度下的灵敏度关系图；图8 具有折射率自补偿的温度测量传感器对不同折射率测得的MZI光谱图；图9为本专利技术具有折射率自补偿的温度测量传感器MZI共振波长在不同折射率下的灵敏度关系图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。
[0017]实施例1如图1和图2所示，一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，包括同轴依次连接的第一单模光纤、第一多模光纤、镀膜细芯光纤、第二多模光纤和第二单模光纤，光纤之间通过熔融连接，形成了单模
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多模
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镀膜细芯
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多模
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单模光纤结构。其中，所述镀膜细芯光纤的径向由内向外依次设有纤芯、包层和金属膜，其中纤芯直径为3.8μm，包层直径为125μm，金属膜厚为40nm。
[0018]本实施例中该温度测量传感器的制备过程如下：（1）用剥线钳剪下两段一定长度的单模光纤和多模光纤，并剥去其涂覆层露出裸纤，将四段光纤放入超声波清洗机中清洗，取出后用酒精棉擦拭干净，再用切割刀分别切取每段长度为5
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8cm无涂覆层的单模光纤和1cm的多模光纤，两端切割平整，作为第一单模光纤、第一多模光纤、第二多模光纤和第二单模光纤，以备熔接；（2）用剥线钳剪下一段一定长度的细芯光纤，并剥除其涂覆层，以便后面对其进行镀膜操作，然后放入超声波清洗机中清洗，用酒精棉擦拭干净，取出再用切割刀将光纤两个端面切割平整，留出细芯光纤的长度为1.5cm；（3）将上述细芯光纤固定在载玻片上，置入磁控溅射镀膜机内镀膜，控制镀膜时间，使细芯光纤均匀镀上厚度为40nm的银膜，得到镀膜细芯光纤，小心取出后按照第一单模光纤、第一多模光纤、镀膜细芯光纤、第二多模光纤和第二单模光纤的顺序依次熔接，并控制每次熔接损耗不高于0.02dB。
[0019]将本实施例得到的温度测量传感器作为光纤传感单元，按照图3所示方式进行折射率的测试，步骤如下：
控制测量液体折射率的环境温度为25℃，将待测液体滴入图3光纤传感单元，接通卤钨灯光源，让光束发出的360nm
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1000nm的光经输入第一单模光纤1传输到第一多模光纤2，再进入镀膜细芯光纤3的包层，此时光与金属膜4发生SPR反应。发生SPR反应后的光谱会经第二多模光纤5和第二单模光纤6输入到微型光纤光谱仪。光谱仪得出的结果经USB数据线传送到电脑端，将数据进行处理，得出待测量。一组数据测量完成后，用去离子水对传感区域进行清洗、晾干，继续下一组数据的测量。其中，外界待测液体折射率的增大会导致银膜有效折射率增大，而纤芯有效折射率基本不变，折射率差值增加，共振峰发生红移，得到的光谱图如图4所示。经灵敏度的拟合最后选择在1.333
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1.412折射率范围内采用银通道，灵敏度为4888.77nm/RIU如图5所示。
[0020]将具有折射率自补偿的温度测量传感器置于恒温箱，接通高斯光源，让光束发出的1510nm
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1590nm的光经第一单模光纤1传输到第一多模光纤2，由于第一多模光纤2的纤芯芯径为62.5μm，与镀膜细芯光纤3的纤芯芯径不匹配，故第一多模光纤2可作为分光器，光分别进入到镀膜细芯光纤3的纤芯和包层传输。由于热光效应和热膨胀效应，分别会使镀膜细芯光纤3的折射率、纤芯与包层的直径与长度发生变化，因此会产生相位差，当光再耦合进第二多模光纤5时会发生干涉，干涉光经第二单模光纤6传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，其特征在于，包括同轴依次连接的第一单模光纤、第一多模光纤、镀膜细芯光纤、第二多模光纤和第二单模光纤，所述镀膜细芯光纤的径向由内向外依次设有纤芯、包层和金属膜，其中纤芯直径为3.8
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9μm，包层直径为80
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125μm，金属膜厚为40
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60nm。2.根据权利要求1所述的一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，其特征在于，所述金属膜为银膜。3.根据权利要求1所述的一种具有折射率自补偿的温度测量传感器，其特征在于，所述第一多模光纤和第二多模光纤的长度均为0.8
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1cm。4.根据权利要求1所述的一种具有折射率自...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛益娴，胡凯，邓禹杰，马建博，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：