一种温度不灵敏折射率传感器及其控制方法、制备方法技术

本发明专利技术公开了一种温度不灵敏折射率传感器及其控制方法、制备方法，通过设置合适的光纤熔接机放电参数，将SMF置于光纤熔接机中，放电的同时轻轻旋转光纤，制作一个螺旋锥结构。在距离螺旋锥结构处合适长度处重复以上步骤直到制作四个螺旋锥结构。这种结构制作方法简单，螺旋结构与锥形结构的融合进一步增强了锥结构对液体折射率的灵敏度。螺旋锥结构是在锥形结构的基础上增加螺旋结构，不仅大幅度增加传感器的灵敏度，并且此传感探头结构简单、性能稳定、价格低廉。由于这种光纤传感器仅包含锥形结构，由于锥形传感器对温度是不敏感的，因此可以解决液体折射率测量过程中的温度串扰问题。扰问题。扰问题。

【技术实现步骤摘要】
一种温度不灵敏折射率传感器及其控制方法、制备方法


[0001]本专利技术涉及一种温度不灵敏折射率传感器及其控制方法、制备方法，属于于光纤传感


技术介绍

[0002]与传统传感器相比，光纤传感器具有体积小、成本低、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰、灵敏度高等独特优势。目前，利用光纤传感器测量液体折射率的技术已经出现。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液体折射率传感，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。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种同时测量应力、折射率光纤传感器及其控制方法、制备方法，解决了
技术介绍
中披露的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种温度不灵敏折射率传感器，其特征在于：包括单模光纤，所述单模光纤设有M
‑
Z干涉仪，所述M
‑
Z干涉仪包括四对尖端相对的锥形结构，尖端相对的锥形结构上设有螺旋结构。r/>[0005]进一步地，一对尖端相对的锥形结构的长度为L2＝500μm。
[0006]进一步地，所述尖端相对处直径为L1＝65μm。
[0007]进一步地，四对尖端相对的锥形结构之间间隔距离为L3＝600μm。
[0008]相应地，一种温度不灵敏折射率传感器的控制方法：
[0009]当入射光传播到第一对尖端相对的锥形结构时，在纤芯中传输的光的一部分耦合到包层中进行传输，而另一部分留在纤芯中进行传输；在经过第二对尖端相对的锥形结构时，在包层中传输的光被耦合到光纤芯中；当入射光传播到第三对尖端相对的锥形结构时，在纤芯中传输的光的一部分耦合到包层中进行传输，而另一部分留在纤芯中进行传输；在经过第四对尖端相对的锥形结构时，在包层中传输的光被耦合到光纤芯中。
[0010]进一步地：
[0011]M
‑
Z干涉仪的干涉强度为：
[0012][0013]M
‑
Z干涉仪的相位差为：
[0014][0015]其中I1是纤芯模式的光强，I2是包层模式的光强；λ是真空中的波长；L是M
‑
Z干涉仪有效光学长度；Δn
eff
是纤芯模式和包层模式的有效折射率差；是纤芯模式和包层模式间的相位差；
[0016]当相位差满足条件m＝0，12，...
[0017]即出现干涉波谷，其中m为整数，λ
m
为第m级干涉条纹的波长；
[0018]对于锥形结构，由于锥形结构激发了高阶包层模，当周围液体折射率发生变化时，高阶包层模的液体折射率发生了变化，导致有效折射率差的变化，最终导致透射光谱的移动，由这种变化引起的波长移动与周围液体的折射率变化表示为：
[0019][0020]对于锥形结构的基础上增加螺旋结构，当周围液体折射率发生变化时，高阶包层模的液体折射率发生了变化，导致有效折射率差的变化，最终导致透射光谱的移动，由这种变化引起的波长移动与周围液体的折射率变化可以表示为：
[0021][0022]Δn为由于周围液体折射率改变导致的纤芯模式与包层模式折射率差的改变值，L0为锥形结构的基础上增加螺旋结构包层模式的有效光学长度。
[0023]相应地，一种同时测量应力、折射率光纤传感器的制备方法：
[0024]单模光纤连接光纤熔接机，设置光纤熔接机放电参数，放电制作四对尖端相对的锥形结构，旋转单模光纤在锥形结构上形成螺旋结构，。
[0025]进一步地，尖端相对的锥形结构长度为L2＝500μm，其腰部最小直径为L1＝65μm；四对尖端相对的锥形结构之间间隔距离为L3＝600μm。
[0026]相应地，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据上述的方法中的任一方法。
[0027]相应地，一种计算设备，包括：
[0028]一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据上述的方法中的任一方法的指令。
[0029]本专利技术所达到的有益效果：本专利技术通过对单模光纤(SMF)在锥形结构的基础上增加螺旋结构，不仅大幅度增加传感器的灵敏度，并且此传感探头结构简单、性能稳定、价格低廉。由于这种光纤传感器仅包含锥形结构，由于锥形传感器对温度是不敏感的，因此可以解决液体RI测量过程中的温度串扰问题。
附图说明
[0030]图1为本专利技术结构示意图；
[0031]图2为本专利技术的折射率传感实验示意图；
[0032]图3为本专利技术的温度传感实验示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0034]如图1所示，本专利技术的一种温度不灵敏折射率传感器，其特征在于：包括单模光纤，所述单模光纤设有M
‑
Z干涉仪，所述M
‑
Z干涉仪包括四对尖端相对的锥形结构，尖端相对的锥形结构上设有螺旋结构。一对尖端相对的锥形结构的长度为L2＝500μm。所述尖端相对处直径为L1＝65μm。四对尖端相对的锥形结构之间间隔距离为L3＝600μm。
[0035]本专利技术的本专利技术的一种温度不灵敏折射率传感器的控制方法：当入射光传播到第一对尖端相对的锥形结构时，在纤芯中传输的光的一部分耦合到包层中进行传输，而另一部分留在纤芯中进行传输；在经过第二对尖端相对的锥形结构时，在包层中传输的光被耦合到光纤芯中；当入射光传播到第三对尖端相对的锥形结构时，在纤芯中传输的光的一部分耦合到包层中进行传输，而另一部分留在纤芯中进行传输；在经过第四对尖端相对的锥形结构时，在包层中传输的光被耦合到光纤芯中。四对尖端相对的锥形结构形成一个M
‑
Z干涉仪，每对尖端相对的锥形结构充当光激发和耦合器。
[0036]在本专利技术中，M
‑
Z干涉仪的干涉强度和相位差可以分别表达如下：
[0037][0038][0039]其中I1和I2分别是纤芯和包层模式的光强；λ是真空中的波长；L是M
‑
Z干涉仪有效光学长度；Δn
eff
是纤芯模式和包层模式的有效折射率差；是纤芯模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度不灵敏折射率传感器，其特征在于：包括单模光纤，所述单模光纤设有M
‑
Z干涉仪，所述M
‑
Z干涉仪包括四对尖端相对的锥形结构，尖端相对的锥形结构上设有螺旋结构。2.根据权利要求1所述的一种温度不灵敏折射率传感器，其特征在于：一对尖端相对的锥形结构的长度为L2＝500μm。3.根据权利要求1所述的一种温度不灵敏折射率传感器，其特征在于：所述尖端相对处直径为L1＝65μm。4.根据权利要求1所述的一种温度不灵敏折射率传感器，其特征在于：四对尖端相对的锥形结构之间间隔距离为L3＝600μm。5.根据权利要求1所述的一种温度不灵敏折射率传感器的控制方法，其特征在于：当入射光传播到第一对尖端相对的锥形结构时，在纤芯中传输的光的一部分耦合到包层中进行传输，而另一部分留在纤芯中进行传输；在经过第二对尖端相对的锥形结构时，在包层中传输的光被耦合到光纤芯中；当入射光传播到第三对尖端相对的锥形结构时，在纤芯中传输的光的一部分耦合到包层中进行传输，而另一部分留在纤芯中进行传输；在经过第四对尖端相对的锥形结构时，在包层中传输的光被耦合到光纤芯中。6.根据权利要求5所述的一种同时测量应力、折射率光纤传感器的控制方法，其特征在于：M
‑
Z干涉仪的干涉强度为：M
‑
Z干涉仪的相位差为：其中I1是纤芯模式的光强，I2是包层模式的光强；λ是真空中的波长；L是M
‑
Z干涉仪有效光学长度；Δn
eff
是纤芯模式和包层模式的有效折射率差；是纤芯模式和包层模式间的相位差；当相位差满足条件m＝0，12，...即出现干涉波...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博，赵立龙，毛雅亚，郑杰文，吴翔宇，吴泳锋，孙婷婷，任建新，戚志鹏，李莹，王凤，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：