基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，包括一多模光纤、入射端单模光纤以及出射端单模光纤，所述多模光纤一端的球状结构与入射端单模光纤的球状结构熔接形成花生形结构Ⅰ，另一端的球状结构与出射端单模光纤的球状结构熔接形成花生形结构Ⅱ，所述多模光纤长度方向的中间部分设置有腐蚀锥形区，本发明专利技术提供的折射率光纤传感器制作简单、结构紧凑、成本低，不仅实现光传输的稳定性，而且温度交叉灵敏度更低。而且温度交叉灵敏度更低。而且温度交叉灵敏度更低。

【技术实现步骤摘要】
基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器


[0001]本专利技术涉及光纤传感器
，尤其涉及一种基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器。

技术介绍

[0002]近年来，科学家在干涉式光纤传感器的研究上投入了大量的精力和物力，在生物分析、医学诊断、化学与环境监测、微芯片科学、气体传感器等领域进行了研究和论证，也取得了良好的经济效益和优异的性能。折射率是表征材料性能的基本参数之一，也代表了商品质量、成分和含量的重要信息，在折射率测量方面具有重要意义。为了提高传感器的灵敏度，一种有效的方法是制造具有新颖的传感结构。
[0003]申请号为“2016203542995”的中国专利公开了“基于多模光纤模间干涉和FBG的温度和折射率传感器，其特征在于：它包括ASE宽带光源(1)、一号跳线(2)、折射率和温度传感器(3)、传感器固定平台(4)、二号跳线(5)、光谱仪(6)；折射率和温度传感器(3)是由去包层的多模光纤错位熔接单模光纤构成的全光纤模间干涉传感器与FBG相结合的传感器，其包括入射端单模光纤(3
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1)、去包层的多模光纤(3
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2)、FBG(3
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3)、出射端单模光纤(3
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4)；折射率和温度传感器(3)拉直并悬空放入传感器固定平台(4)的倒三角凹槽内，入射端单模光纤(3
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1)和出射端单模光纤(3
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4)足够长使尾纤超出凹槽的长度，利用环氧树脂胶将凹槽两端密封；一号跳线(2)连接ASE光源和折射率和温度传感器(3)的入射端单模光纤(3
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1)；二号跳线(5)连接折射率和温度传感器(3)的出射端单模光纤(3
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4)和光谱仪(6)”该技术方案通过错位熔接提高最终输出光谱的消光比，并且利用氢氟酸对多模光纤进行去薄层处理，在一定程度上提高了对温度和折射率的灵敏度，但是使用光纤双核错位熔接方法，该结构的对称性在拼接过程中难以把握，会增加制作难度，光纤光栅对温度变化非常敏感，因此交叉灵敏度是一个关键缺陷，在用于同时测量温度和折射率的光栅传感器存在严重的局限性，并且需要昂贵的制造设备和严格的程序(包括激光光源和相位掩模)来制作光栅。
[0004]申请号为“2018212362350”的中国专利公开了“一种折射率传感器，其特征在于：包括一光子晶体光纤和两单模光纤，所述光子晶体光纤的两端分别与一所述单模光纤耦合，并在两耦合点处分别形成一腰部扩大光纤粗锥；所述光子晶体光纤表面包覆有石墨烯层”该技术方案利用石墨烯的特殊结构对溶液中的分子具有吸附性，提高了折射率传感器的灵敏度，但是双光纤粗锥结构不利于区分光谱信息和复杂产物，稳定性和可靠性较差，并且石墨烯层会增加光纤的复杂度，使得光纤的安装和维护变得更加困难。
[0005]申请号为“2020107108506”的中国专利公开了“一种光纤折射率传感器，其特征在于，所述光纤折射率传感器包括：用于接收入射光的入射光纤；设置在所述入射光纤的前方，用于将所述入射光分为第一部分光和第二部分光的第一个球型结构；设置在所述第一个球型结构的前方，用于传输所述第一部分光和所述第二部分光的连接光纤；设置在所述连接光纤的前方，用于将所述连接光纤中包层的所述第二部分光被待测液体调制的光纤侧抛结构；设置在所述光纤侧抛结构的前方，用于将所述连接光纤中包层的所述第二部分光
耦合回纤芯的第二个球形型结构；设置在所述第二个球形型结构的前方，用于将所述第二个球形型结构发出的光传输给光谱分析仪的出射光纤”该技术方案在一定程度上提高了传感器的灵敏度，但是侧抛结构影响光纤的抗拉强度，光纤传感器的稳定性不足，重复性低，传输精确度收到影响。
[0006]申请号为“2021114428170”的中国专利公开了“FBG级联光纤复合结构的消除温度敏感电流传感装置，其特征在于：它包括ASE(1)、环形器(2)、测量系统(3)、光谱分析仪(4)、解调软件(5)、计算机(6)；所述测量系统(3)包括加热台(3
‑
1)、电源(3
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2)、电阻箱(3
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3)、导体棒(3
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4)、传感单元(3
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5)、水平台(3
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6)，其中：加热台(3
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1)上固定放置通电的导体棒(3
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4)与传感单元(3
‑
5)，导体棒(3
‑
4)与传感单元(3
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5)临近平行放置，在加热台(3
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1)的右侧放置水平台(3
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6)，在上面放置电源(3
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2)与电阻箱(3
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3)，起到给导体棒(3
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4)提供和调节电流的作用；传感单元(3
‑
5)中含光纤包(3
‑5‑
2)的单模光纤(3
‑5‑
1)、光子晶体光纤(3
‑5‑
3)、多模微纳光纤(3
‑5‑
4)与FBG(3
‑5‑
5)级联构成光纤复合结构，其中光子晶体光纤(3
‑5‑
3)的空气孔中填充乙醇氯仿材料(3
‑5‑
7)，FBG(3
‑5‑
5)部分粘贴在GMM材料(3
‑5‑
6)上共同构成传感单元(3
‑
5)；传感单元(3
‑
5)的具体制备过程包括光纤复合结构的制作、敏感材料的涂敷”该技术方案提供的级联PCF并在PCF内填充乙醇氯仿材料，它虽然大大提高了灵敏度，但也存在脆性高、强度低的缺点，由于乙醇氯仿材料的低折射率，会导致光纤的损耗增加，从而降低光纤的传输效率，此外，乙醇氯仿材料的拉伸性能较差，会导致光纤的拉伸变形，从而影响光纤的性能并且级联光子晶体光纤并拉锥，拉锥结构制作分为两种，分别是机械加热法和化学腐蚀法，其中现有的拉锥方法优选机械热拉锥能得到优良的锥型，但是成本高，因此传感器生产成本高，结构相对复杂，重复性低。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器制作简单、结构紧凑、成本低，不仅实现光传输的稳定性，而且温度交叉灵敏度更低，解决现有技术中的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：
[0009]基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，包括一多模光纤、设置在多模光纤一端的入射端单模光纤以及设置在多模光纤另一端的出射端单模光纤，所述多模光纤的两端为球状结构，所述入射端单模光纤和所述出射端单模光纤靠近多模光纤的一端均为球状结构，所述多模光纤一端的球状结构与入射端单模光纤的球状结构熔接形成花生形结构Ⅰ，另一端的球状结构与出射端单模光纤的球状结构熔接形成花生形结构Ⅱ，所述多模光纤长度方向的中间部分设置有腐蚀锥形区。
[0010本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，包括一多模光纤、设置在多模光纤一端的入射端单模光纤以及设置在多模光纤另一端的出射端单模光纤，其特征在于：所述多模光纤的两端为球状结构，所述入射端单模光纤和所述出射端单模光纤靠近多模光纤的一端均为球状结构，所述多模光纤一端的球状结构与入射端单模光纤的球状结构熔接形成花生形结构Ⅰ，另一端的球状结构与出射端单模光纤的球状结构熔接形成花生形结构Ⅱ，所述多模光纤长度方向的中间部分设置有腐蚀锥形区。2.根据权利要求1所述的基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，其特征在于：所述花生形结构Ⅰ的耦合点与花生形结构Ⅱ的耦合点之间的距离为1.17～1.22cm。3.根据权利要求1所述的基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，其特征在于：所述球状结构的直径为131.20μm～131.80μm。4.根据权利要求1所述的基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，其特征在于：所述腐蚀锥形区的腰锥直径为51μm～80μm。5.根据权利要求4所述的基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，其特征在于：所述多模光纤的腐蚀溶液为氢氟酸。6.根据权利要求1至5任一项所述的基于双花生形和刻蚀多模光纤级联结构的折射率光纤传感器，其特征在于：所述折射率光纤传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏会静，赵馨艺，袁延忠，袁秋林，杨豪强，于坤，王芳，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：