一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器及其制备方法，属于光纤传感技术领域，包括单模光纤、多模光纤和偏双芯芯光纤；所述单模光纤的一端与多模光纤的一端连接，所述多模光纤的另一端与偏双芯光纤的一端连接；所述偏双芯光纤由第一圆柱结构、直径逐渐减小的锥体结构和第二圆柱结构依次组成；所述第二圆柱结构端部设置有与第二圆柱结构由同一根光纤制备的球体结构。本发明专利技术利用直径逐渐减少的锥体结构使偏双芯光纤的一个纤芯裸露，加大了传输光的光程差，球体结构实现对传输光的二次干涉，从而导致传输模式的有效折射率发生变化。所述温度传感器结构紧凑新颖、灵敏度高，在温度测量领域中有很大的应用潜力。温度测量领域中有很大的应用潜力。温度测量领域中有很大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器及其制备方法，属于光纤传感


技术介绍

[0002]常规的光纤温度传感器主要分为光纤光栅温度传感器和干涉型温度传感器。光纤光栅温度传感器的测温原理是利用光纤材料的光敏特性在光纤纤芯形成空间相位光栅来进行温度测量，国内哈尔滨工业大学的周智等人利用增敏金属管对FBG进行封装，在对光纤光栅起到保护作用的同时也提高了其灵敏度；东南大学的恽斌峰利用金属套管与聚合物结合的方式使得温度灵敏度比一般光纤光栅提升了五倍；国外Jung等人将两种不同热膨胀系数的材料进行封装，制作成了可调谐灵敏度的光纤光栅温度传感器等等，光纤光栅温度传感器在使用过程中外界因素对其影响较小，测量精准，灵敏度高，性能稳定，但同时由于其封装与信号解调工艺复杂且造价相对昂贵，需配合大型仪器使用，为某些特殊条件下的使用带来了不便。
[0003]干涉型光纤温度传感器属于相位调制型温度传感器，其主要利用光的干涉现象以及所产生的相位差来进行温度的测量。目前典型的干涉型光纤温度传感器有马赫－曾德尔光纤温度传感器(MZI)、法布里－珀罗光纤温度传感器(FBI)、塞格纳克光纤温度传感器等。2021年Zhang等人设计了一种基于无芯
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少模
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无芯结构的马赫
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曾德温度
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折射率双参量传感器，实现最大温度传感灵敏度为0.0739nm/℃；2020年，Sarah等人首次提出了用HF以40%的腐蚀速率腐蚀NCF，然后在腐蚀区域涂覆一层氧化铜
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聚乙烯醇(CuO
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PVA)薄膜作为增敏材料的全光纤温度传感器，最终测得该传感器在25℃～235℃的范围内获得最大温度灵敏度为0.101nm/℃；光纤温度传感器是一种新型的温度传感器, 它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点。但是现有干涉型温度传感器中纯光纤结构灵敏度较低，大多依靠温敏材料来实现对温度灵敏度的提高，不依靠温敏材料但灵敏度又高的如法布里－珀罗结构的光纤温度传感器，需要在微观环境下制备传感器，制备过程复杂、繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器及其制备方法，所述温度传感器结构紧凑，制备方便，灵敏度高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器，包括：单模光纤、多模光纤和偏双芯光纤；所述单模光纤的一端与多模光纤的一端连接，所述多模光纤的另一端与偏双芯光纤的第一圆柱结构端连接；所述偏双芯光纤包括依次连接的第一圆柱结构、直径逐渐减小的锥体结构和第二圆柱结构，所述第二圆柱结构的另一端部设置有与第二圆柱结构同根光纤制备的球体结
构。
[0006]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述单模光纤包括第一纤芯和包裹于第一纤芯外的第一包层，所述第一纤芯位于单模光纤的中心位置；所述多模光纤包括第二纤芯和包裹于第二纤芯外的第二包层，所述第二纤芯位于多模光纤的中心位置；所述偏双芯光纤包括第三纤芯、第四纤芯和包裹于第三纤芯及第四纤芯外的第三包层，所述第三纤芯位于偏双芯光纤的中心位置，所述第四纤芯中心与第三纤芯中心的距离为42.3μm。
[0007]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述第四纤芯位于第二圆柱结构的部分裸露在空气中。
[0008]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述第一纤芯的半径为4.5μm，第一包层的半径为62.5μm。
[0009]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述第二纤芯的半径为52.5μm，第二包层的半径为62.5μm。
[0010]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述第三纤芯的半径为4.2μm，所述第四纤芯的半径为3.8μm。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述第二圆柱结构的直径为60～80μm，所述锥体结构的长度为3～5mm。
[0012]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述球体结构的直径为100～200μm。
[0013]一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、将单模光纤、多模光纤和偏双芯光纤依次通过放电级联熔接方式进行连接；S2、通过腐蚀溶液对所述偏双芯光纤的另一端进行腐蚀；S3、将所述偏双芯光纤经过腐蚀后的端面通过放电形式制备得到球体结构。
[0014]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述腐蚀溶液为40%的HF溶液，浸入长度为3～5mm，浸入时间为30min。
[0015]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术效果有：本专利技术提供了一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器及其制备方法，直径逐渐减小的锥体结构使偏双芯光纤的一个纤芯裸露，加大了传输光的光程差，球体结构实现了对传输光的二次干涉，从而导致传输模式的有效折射率发生变化。本专利技术的传感器结构紧凑新颖、灵敏度高，在温度测量领域中有很大的应用潜力。
附图说明
[0016]图1是本专利技术温度传感器的整体结构示意图；图2是本专利技术温度传感器的具体结构示意图；图3a、3b是本专利技术温度传感器锥形结构与第二圆柱体结构的制备前后的装置示意图；图4是本专利技术制备方法的流程图；其中，1、单模光纤，2、多模光纤，3、第一圆柱结构，4、锥体结构，5、第二圆柱结构，6、球形结构，7、第一包层，8、第一纤芯，9、第二包层，10、第二纤芯，11、第三包层，12、第四纤
芯，13、第三纤芯。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0019]本专利技术实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，并不构成对于本专利技术实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本专利技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0020]一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器，如图1、2所示，包括：单模光纤1、多模光纤2和偏双芯光纤；所述单模光纤1的一端与多模光纤2的一端连接，所述多模光纤的另一端与偏双芯光纤的第一圆柱结构3端连接；所述单模光纤1用于接受激光器发出的光以及将传感器处理后的光传递给光谱仪。
[0021]所述单模光纤1包括第一纤芯8和包裹于第一纤芯8外的第一包层7，所述第一纤芯8位于单模光纤1的中心位置；所述第一纤芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器，其特征在于，包括：单模光纤（1）、多模光纤（2）和偏双芯光纤；所述单模光纤（1）的一端与多模光纤（2）的一端连接，所述多模光纤（2）的另一端与偏双芯光纤的第一圆柱结构（3）端连接；所述偏双芯光纤包括依次连接的第一圆柱结构（3）、直径逐渐减小的锥体结构（4）和第二圆柱结构（5），所述第二圆柱结构（5）的另一端部设置有与第二圆柱结构（5）同根光纤制备的球体结构（6）。2.根据权利要求1所述的一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器，其特征在于：所述单模光纤（1）包括第一纤芯（8）和包裹于第一纤芯（8）外的第一包层（7），所述第一纤芯（8）位于单模光纤（1）的中心位置；所述多模光纤（2）包括第二纤芯（10）和包裹于第二纤芯（10）外的第二包层（9），所述第二纤芯（10）位于多模光纤（2）的中心位置；所述偏双芯光纤包括第三纤芯（13）、第四纤芯（12）和包裹于第三纤芯（13）及第四纤芯（12）外的第三包层（11），所述第三纤芯（13）位于偏双芯光纤的中心位置，所述第四纤芯（12）中心与第三纤芯（13）中心的距离为42.3μm。3.根据权利要求2所述的一种基于偏双芯特种光纤的温度传感器，其特征在于：所述第四纤芯（12）位于第二圆柱结构（5）的部分裸露在空气中。4.根据权利要求3所述的一种基于偏双芯特种光纤的温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：付兴虎，付广伟，王文静，付子珍，王慧婷，金娃，毕卫红，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：