基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器以及该传感器的制备方法和测试系统，所述传感器包括依次同轴熔接的第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤和第二单模光纤，并在所述无芯光纤处形成光纤拉锥区；所述第一单模光纤和渐变折射率多模光纤形成SMF

【技术实现步骤摘要】
基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器及其系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器及其系统。

技术介绍

[0002]海洋环境参数与水下生物、大气环境、气候变化等密切相关，其中海水盐度和温度在许多海洋环境参数中尤为重要，它直接或间接地表明了海水的状态，并在水生生物的生活环境分析、海洋环流和海洋动力学过程中发挥了重要作用。
[0003]目前，已有多种盐度测量方法和技术，成熟的方法包括折射率法、电导率法、表面等离子体共振法、硝酸银滴定法等。这些方法具有应用范围广、响应时间短、测量精度高等优点。然而，这些方法也存在长期稳定性差和互换性差等缺点。表面等离子体共振法结构复杂，成本高。硝酸银滴定法需要实验室分析，并且对环境参数很敏感，而电导率法容易受到电磁干扰。
[0004]近年来，光纤传感技术发展迅速。与传统的电传感技术相比，它具有结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰、稳定性好等优点。目前，光纤盐度和温度传感包括光纤表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)效应、光纤干扰效应、光纤光栅、微纳米光纤、特殊光纤等。其中，基于模式干涉的光纤传感器是光纤传感领域的一个重要分支。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器及其系统，以克服现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种基于单模
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渐变多模
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锥形无芯
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单模的温度和盐度同时测量的传感器及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，包括依次同轴熔接的第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤和第二单模光纤，并在所述无芯光纤处形成光纤拉锥区；所述第一单模光纤和渐变折射率多模光纤形成SMF
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GIF结构，所述渐变折射率多模光纤和无芯光纤形成GIF
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NCF结构，所述无芯光纤和第二单模光纤形成NCF
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SMF结构，所述光纤拉锥区形成MZI结构。
[0008]进一步地，所述第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤和第二单模光纤的外直径均为125μm。
[0009]进一步地，所述第一单模光纤和第二单模光纤的纤芯直径均为9μm，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为62.5μm。
[0010]进一步地，所述渐变折射率多模光纤长度为2mm。
[0011]进一步地，所述无芯光纤长度为1.5mm。
[0012]进一步地，所述光纤拉锥区的腰径为20μm，长度为12000
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20000μm。
[0013]本专利技术还提供了一种如上所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器
的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、将第一单模光纤使用光纤切割刀和CCD相机观察平整切割出第一单模光纤右端面，再与平整的渐变折射率多模光纤的左端面使用光纤熔接机进行光纤熔接形成SMF
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GIF结构；
[0015]步骤2、将渐变折射率多模光纤精确切割出第一长度，再与平整的无芯光纤的左端使用光纤熔接机进行光纤熔接形成GIF
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NCF结构；
[0016]步骤3、将无芯光纤精确切割出第二长度，再与平整的第二单模光纤的左端使用光纤熔接机进行光纤熔接形成NCF
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SMF结构；
[0017]步骤4、在无芯光纤部分使用拉锥机进行加热拉锥，构成结构核心传感元。
[0018]进一步地，所述步骤2中所述第一长度为2mm。
[0019]进一步地，所述步骤3中所述第二长度为1.5mm。
[0020]本专利技术又提供了一种如上所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器的测试系统，包括依次连接的光源、传感器、光谱仪，所述光源为带宽1500
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1600nm的宽带光源。
[0021]本专利技术提供的一种海水盐度和温度同步测量传感器，较现有的传感器相比具有如下优点：
[0022]1.多模光纤采用的是渐变折射率多模光纤，光在纤芯内沿着正弦路径传播，其长度为1/4的奇数倍周期的时候，具有准直的效果，可以大大减小传感器的损耗。
[0023]2.该传感器可以实现双参数测量，并且对于多参数传感器，该传感器对于盐度检测较为灵敏，灵敏度为3.8467nm/％。
[0024]3.采用是的普通的单模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤，其原材料易于获取、成本较低，使用熔接机在无芯光纤处拉锥，其制备工艺较为成熟、制作方法简单高效，利于实际市场推广应用。
[0025]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的一个较佳实施例的光纤传感器的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术的一个较佳实施例的光纤传感器的透射光谱图；
[0028]图3是本专利技术的另一个较佳实施例的传感实验系统示意图；
[0029]图4是本专利技术的另一个较佳实施例的盐度传感实验透射光谱图；
[0030]图5是本专利技术的另一个较佳实施例的温度传感实验透射光谱图；
[0031]图6是本专利技术的另一个较佳实施例的盐度传感实验线性拟合示意图；
[0032]图7是本专利技术的另一个较佳实施例的温度传感实验线性拟合示意图。
[0033]其中，1
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第一单模光纤，2
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渐变折射率多模光纤，3
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无芯光纤，4
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光纤拉锥区，5
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第二单模光纤，6
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宽带光源，7
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传感器，8
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光谱仪。
具体实施方式
[0034]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便
于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0035]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
[0036]近年来，光纤传感技术发展迅速。与传统的电传感技术相比，它具有结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰、稳定性好等优点。
[0037]基于上述优点，本专利技术提出了用于盐度和温度测量的光纤传感技术。该传感器利用了光纤中不同阶模具有不同传播常数的事实。虽然它们传输相同长度的光纤，但这些模式也会产生相位差并相互干扰。外部环境的变化(如温度、压力、折射率等)将调制相位差，从而影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，其特征在于，包括依次同轴熔接的第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤和第二单模光纤，并在所述无芯光纤处形成光纤拉锥区；所述第一单模光纤和渐变折射率多模光纤形成SMF
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GIF结构，所述渐变折射率多模光纤和无芯光纤形成GIF
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NCF结构，所述无芯光纤和第二单模光纤形成NCF
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SMF结构，所述光纤拉锥区形成MZI结构。2.如权利要求1所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，其特征在于，所述第一单模光纤、渐变折射率多模光纤、无芯光纤和第二单模光纤的外直径均为125μm。3.如权利要求1所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，其特征在于，所述第一单模光纤和第二单模光纤的纤芯直径均为9μm，所述渐变折射率多模光纤的纤芯直径为62.5μm。4.如权利要求1所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，其特征在于，所述渐变折射率多模光纤长度为2mm。5.如权利要求1所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，其特征在于，所述无芯光纤长度为1.5mm。6.如权利要求1所述的基于多模干涉的盐度和温度同步测量的传感器，其特征在于，所述光纤拉锥区的腰径为20μm，长度为12000
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【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，尹钰，李鏊良，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：