基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器及其制备方法，属于温度自动控制技术领域。解决了温度和折射率对传感器交叉影响的问题。其技术方案为：温度传感器由宽带光源、第一单模光纤、球形结构、七芯光纤、弯曲单模光纤、第二单模光纤和光谱分析仪依次连接而成；其制备方法为：将第一单模光纤的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源相连；接着将七芯光纤切割平整，放置在光纤熔接器中与球形结构上熔接；随后将一段单模光纤穿过套管，打环后穿回套管，将两端拉紧后形成环形结构本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术提供了一种具有极高灵敏度的温度传感器，同时避免了温度和折射率对温度传感器的交叉影响。温度传感器的交叉影响。温度传感器的交叉影响。

【技术实现步骤摘要】
基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，光纤传感器在物理、生物、化学、等领域中大规模应用。与传统电子传感器相比，光纤传感器具有体积小，质量轻，抗电磁干扰能力强等优点而被广泛应用于折射率，位移，湿度，酸碱度和温度等方面的广泛应用。由于温度传感器在航空航天，深海探测，健康监测和食品加工等方面的广泛应用，而得到了快速发展。其中温度传感器在工艺温度控制，产品质量，减少损耗等方面发挥着巨大作用。
[0003]目前在已知的光纤传感器结构中，利用光栅型的光纤传感器具有体积小，精度高的优点受到人们的青睐，但是由于长周期光栅和布拉格光栅需要使用特种设备在光纤中刻蚀结构，导致光栅型传感器制作成本高昂，工艺要求高。因此，基于回廊模式的弯曲光纤传感器因其制作简单，成本低，结构强度大，灵敏度高等优点而备受关注。在基于回廊模式的弯曲光纤传感器中，为了获得更高的灵敏度，需要尽可能的将纤芯模式激发到高阶模式，因此需要优化传感器结构设计和光纤种类选型。
[0004]近年来，七芯光纤由于其空分复用的特性成为解决通信容量受限问题有效途径。此外，七芯光纤在传感、医疗等领域的应用同样引起研究者的广泛关注。然而，七芯光纤常被应用于MZI/SAGNAC/FP等结构。到目前为止，还没有相关将多芯光纤和弯曲光纤结合进行传感研究的相关研究和报道。此外，传统的单模和七芯光纤直熔的方式使得七芯光纤激发高阶模式的能力受限，阻碍了传感器灵敏度的提高。同时，在提高器件灵敏度的前提下，如何避免温度和环境浓度变化的交叉灵敏性问题，也是制约多芯光纤在温度传感器方面应用的主要因素。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器及其制备方法。解决了温度和折射率对传感器交叉影响的问题，避免了温度和折射率对温度传感器的交叉影响，具有极高的温度灵敏度并且具有结构简单、制作方便、成本低、灵敏度高等特点。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用技术方案具体为：
[0007]基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器，所述温度传感器由宽带光源、第一单模光纤、球形结构、七芯光纤、弯曲单模光纤、第二单模光纤和光谱分析仪依次连接而成；其中，所述第一单模光纤一端通过FC/APC接头与宽带光源连接，所述第一单模光纤另一端熔炼成球体构成球形结构，所述球形结构远离第一单模光纤一端与七芯光纤连接，所述七芯光纤远离球形结构一端和弯曲单模光纤连接，所述弯曲单模光纤远离七芯光纤一端和第二单模光纤连接，所述第二单模光纤远离弯曲单模光纤一端通过FC/APC接头和光谱分析仪连接，所述球形结构、七芯光纤、弯曲单模光纤放入试验装置中。所述试验装置为恒温箱或
者烧杯。所述球形结构长半径为234
±
0.5μm，短半径为187
±
0.5μm。
[0008]所述球形结构由熔接机将第一单模光纤熔成。
[0009]所述第一单模光纤外接宽带光源，所述第二单模光纤外接光谱分析仪，所述光谱分析仪分辨率为0.02nm。
[0010]所述七芯光纤的长度为4mm
±
0.05mm。
[0011]基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将第一单模光纤的一端通过FC/APC光纤接头与宽带光源相连，使用熔接机将第一单模光纤的另一端熔成一个球，作为球形结构，对第一单模光纤的右端多次电弧放电，球形结构的长半径为234
±
0.5μm，短半径为187
±
0.5μm，球形结构的直径由熔接器的放电强度和放电次数控制和调节，球型结构和大小是可调节和可重复的；
[0013]其中，放电强度为110，放电时间260ms；。
[0014]S2、接着将七芯光纤切割平整，一端放置在光纤熔接器中与第一单模光纤具有球形结构的一端进行熔接，熔接点为第一熔接点。七芯光纤的长度为4mm
±
0.05mm；
[0015]S3、随后将一段单模光纤穿过内径为0.8mm的套管，打环后穿回套管，将两端拉紧后形成环形结构，即为弯曲单模光纤，其中一端与七芯光纤连接，另一端通过第二单模光纤连接至光谱分析仪。所述弯曲单模光纤环径固定为7.5
±
0.05mm后，在套管中加入少量UV胶，使用紫外线固化。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0017]1、本专利技术激发了更多的高阶模式，高阶模式对温度有着极高的灵敏度，使得温度灵敏度有了质的提升。拥有更高温度灵敏度的传感器能够更好的应用于在航空航天，土木工程，机械臂和健康检测等方面，具有较为广泛的实用性。
[0018]2、本专利技术仅需用到光纤熔接机即可完成传感器制作。目前的光栅型传感器需要特种设备进行刻蚀，因此对工艺和精度要求严苛。本专利技术中利用球形结构和七芯光纤代替成本高昂的光栅实现高阶模式的激发，简化了制作工艺，降低了成本，同时提高了灵敏度。
[0019]3、本专利技术引入球形结构和七芯光纤，利用球形结构对光的聚焦作用，可以改变光在空间中的分布，激发部分高阶模。通过改变球的大小，可以控制光进入七芯光纤中间纤芯、外围纤芯和包层的比例，光在七芯光纤中传播时由于纤芯和包层有效折射率不同产生光程差，放大干涉效果，实现温度灵敏度质的提升。
[0020]4、比起传统的弯曲单模光纤，本专利技术激发了更多的高阶模式，高阶模式对温度有着极高的灵敏度，使得温度灵敏度有了质的提升。拥有更高温度灵敏度的传感器能够更好的应用于在航空航天，土木工程，机械臂和健康检测等方面，具有较为广泛的实用性。
[0021]5、比起传统的光栅
‑
弯曲单模光纤，在本专利技术中，仅需用到光纤熔接机即可完成传感器制作。光栅需要特种设备进行刻蚀，因此对工艺和精度要求严苛。本专利技术中利用球形结构和七芯光纤代替成本高昂的光栅实现激发高阶模，简化了制作工艺，降低了成本，同时提高了灵敏度。
[0022]6、比起传统的多模
‑
弯曲单模光纤，在本专利技术中引入球形结构和七芯光纤，利用球形结构对光的聚焦作用，可以改变光在空间中的分布，激发部分高阶模。通过改变球的大小，可以控制光进入七芯光纤中间纤芯、外围纤芯和包层的比例，光在七芯光纤中传播时由于纤芯和包层有效折射率不同产生光程差，放大干涉效果，实现温度灵敏度质的提升。
附图说明
[0023]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0024]图1是本专利技术传感器的结构示意图。
[0025]图2是本专利技术传感器的制作流程图。
[0026]图3是本专利技术进行曲率测量时的装置示意图。
[0027]图4中(a)是本专利技术随温度(T)变化的波长(λ)偏移图，(b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器由宽带光源(1)、第一单模光纤(2)、球形结构(3)、七芯光纤(4)、弯曲单模光纤(5)、第二单模光纤(6)和光谱分析仪(7)依次连接而成；其中，所述第一单模光纤(2)一端通过FC/APC接头与宽带光源(1)连接，所述第一单模光纤(2)另一端熔炼成球体构成球形结构(3)，所述球形结构(3)远离第一单模光纤(2)一端与七芯光纤(4)连接，所述七芯光纤(4)远离球形结构(3)一端和弯曲单模光纤(5)连接，所述弯曲单模光纤(5)远离七芯光纤(4)一端和第二单模光纤(6)连接，所述第二单模光纤(6)远离弯曲单模光纤(5)一端通过FC/APC接头和光谱分析仪(7)连接；所述球形结构(3)、七芯光纤(4)、弯曲单模光纤(5)放入试验装置中。2.根据权利要求1所述的基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器，其特征在于，所述试验装置为恒温箱(8)或者烧杯(9)。3.根据权利要求1所述的基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器，其特征在于，所述球形结构(3)长半径为234
±
0.5μm，短半径为187
±
0.5μm。4.根据权利要求3所述的基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器，其特征在于，所述球形结构(3)由熔接器将第一单模光纤(2)熔成。5.根据权利要求1所述的基于弯曲单模光纤和七芯光纤的温度传感器，其特征在于，所述第一单模光纤(2)外接宽带光源(1)，所述第二单模光纤(6)外接光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓军，刘星，宋梦强，刘文，章国安，杨永杰，季彦呈，王小彬，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：