本发明专利技术属于液位测量，具体涉及光子晶体光纤液位传感器及其组成的系统。一种光子晶体光纤液位传感器，其特征在于包括单模光纤ＳＭＦ－２８与光子晶体光纤ＳＣ－４．０，所述的单模光纤ＳＭＦ－２８与光子晶体光纤ＳＣ－４．０的始端熔接，光子晶体光纤的始端包层空气孔在熔接点闭合形成始端完全塌陷区域，所述的始端完全塌陷区域长度等于６５μｍ；用熔接机对光子晶体光纤末端放电形成末端塌陷区域，光子晶体光纤末端镀有反射膜。整个传感器完全光纤化，不需要腐蚀光纤，制作方便。传感系统不受杂散光和温度的影响，信号噪声小，系统灵敏度高、可靠性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液位测量，具体涉及光子晶体光纤液位传感器及其组成的系统。
技术介绍
在工业生产中经常需要对液位进行测量，传统的检测方法有人工法、浮子法、电学 法等，但这些方法在自动化、精密度、安全性等方面存在固有缺陷。光纤传感器本质安全、精 密度高的特点，正好克服了传统方法的缺陷。在众多的光纤液位传感器中，以光强度调制型 的为主，有泄露模式的[1]、基于全内反射的[2]-[5]、液面反射式等。但这些光纤液位传 感器也有明显不足，有的受所测液体的理化性质严重限制、有的量程小、有的精度不高、有 的可靠性不够干涉型的光纤传感器具有更高的精度，而光纤法布里一珀罗(F-P)腔干涉仪 结构简单，近年来也得到了广泛研究。另外近来还出现了一些基于光纤光栅的液位传感器 [6], [7]。申请(专利)号CN200420102303. 6 “光纤法布里-泊罗腔液位传感器”中利用被测 液位变化对腔长的影响进行传感。但是制作工艺复杂，不适合批量生产。近年来，光纤干涉传感被研究用来监测温度、压力、气体密度或折射率。在单模光 纤中实现干涉的一种办法是利用长周期光栅[8]，另一种办法是将光从单孔光纤耦合到多 孔光纤[9]，还有一种办法利用了光纤拉锥[10，11]。2008年，Rajan Jha提出用于绝对 折射率测量的光子晶体光纤迈克尔逊干涉仪，他将大模场光子晶体光纤(LMA-8 Crystal Fiber)(图la)和单模光纤(SMF-28)熔接，并将光子晶体光纤末端用光纤切割刀切割作为反 射镜面，干涉条纹会随外部折射率的增加发生红移，熔接后形成的塌陷区长度约300 μ m，引 入损耗5-9dB，损耗大小与塌陷区长度以及熔接参数有关，塌陷区长度越短损耗越小[12]。现有的光纤液位测量技术中，对于各种环境下液位感测是采用腐蚀后的光纤光栅 或者拉锥光纤或者光纤错位熔接，不仅降低了光纤本身的机械强度，而且还存在温度交叉 敏感效应，限制了它们的使用。利用光子晶体光纤迈克尔逊干涉仪来测量液位，可以解决以 上问题。需要参与干涉的纤芯模和包层模的模场强度比在液位为零时大于等于1，这样随 着液位的增加，干涉条纹对比度才会单调减小，同时为了得到尽可能大的测量范围，熔接 时引入的损耗应约为3dB。本专利使用SC-4. 0 (图lb)和单模光纤(SMF-28)熔接，SC-4. 0 有小孔的包层部分较小，熔接后的塌陷区较短，等于65μπι，熔接过程引入的损耗为3dB。为 了增强干涉信号，又为了防止镀膜时银进入包层小孔，预先用光纤熔接机对末端放电，使空 气孔闭合后，在光子晶体光纤末端镀上50nm的银膜用来增强反射率。1、 Giovanni Betta, Antonio Pietrosanto, and Antonio Scaglione, 〃A Digital Liquid Level Transducer Based on Optical Fiber, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, 45(2), 551-555(1996).2、 Pabitra Nath, Pranayee Datta, and Kanak Ch Sarma, All fiber-optic sensor for liquid level measurement, “ MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, 50(7)，1982-1984(2008).3、Pekka Raatikainen, Ivan Kassamakov, Roumen Kakanakov an Mauri Luukkala, Fiber-optic liquid-level sensor,〃 sensors and actuators A, 58 93-97(1997).4、F. P erez-Oc on ， Μ. Rubino, J. Μ. Abril, P. Casanova, J. A. Martnez, 〃 Fiber-optic liquid-level continuous gauge,〃 sensors and actuators A, 125，124-132(2006).5、Chengning Yang, Shiping Chen, Guoguang Yang, Fiber optical liquid level sensor under cryogenic environment, 〃 sensors and actuators A, 94, 69-75(2001).6、Binfeng Yun, Na Chen, and Yiping Cui, Highly Sensitive Liquid-Level Sensor Based on Etched Fiber Bragg Grating, “ IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 19(21)，1747-1749(2007).7> Tuan Guo, Qida Zhao, Qingying Dou, Hao Zhang, Lifang Xue, Guiling Huang, and Xiaoyi Dong, Temperature-insensitive fiber Bragg grating liquid-level sensor based on bending cantilever beam, “ IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 17(11)， 2400-2402(2005).8、H. J. Patrick, A. D. Kersey, and F. Bucholtz, Analysis of the response of long period fiber gratings to external index of refraction, 〃 J. Lightw. Technol.，16(9), 1606 - 1612(1998).9、L. Yuan, J. Yang, Z. Liu, and J. Sun, 〃In_fiber integrated Michelson interferometer, Opt. Lett. , 31(18)，2692 - 2694(2006).10、Z.Ti an, S. S. -H. Yam, J. Barnes, W. Bock, P. Greig, J. M. Fraser, H. P. Loock, and R. D. Oleschuk, Refractive index sensingwith Mach - Zehnder interferometer based on concatenating twosingle-mode fiber tapers, 〃 IEEE Photon. Technol. Lett. , 20(8)，626 - 628(2008).11、Z.Ti an, S. S. -H. Yam, and H. P. Loock, Refractive inde本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光子晶体光纤液位传感器，其特征在于包括单模光纤ＳＭＦ－２８与光子晶体光纤ＳＣ－４．０，所述的单模光纤ＳＭＦ－２８与光子晶体光纤ＳＣ－４．０的始端熔接，光子晶体光纤的始端包层空气孔在熔接点闭合形成始端完全塌陷区域；所述的始端完全塌陷区域长度等于６５μｍ；光子晶体光纤的末端熔接形成末端塌陷区域，光子晶体光纤末端镀有反射膜。
【技术特征摘要】
一种光子晶体光纤液位传感器，其特征在于包括单模光纤SMF 28与光子晶体光纤SC 4.0，所述的单模光纤SMF 28与光子晶体光纤SC 4.0的始端熔接，光子晶体光纤的始端包层空气孔在熔接点闭合形成始端完全塌陷区域；所述的始端完全塌陷区域长度等于65μm；光子晶体光纤的末端熔接形成末端塌陷区域，光子晶体光纤末端镀有反射膜。2.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤液位传感器，其特征在于光子晶体光纤长 度为 10-50mm。3.根据权利要求2所述的一种光子晶体光纤液位传感器，其特征在于光子晶体光纤长 度为20mm。4.根据权利要求1所述的一种光子晶体光纤液位传感器，其特征在于所述的反射膜为 金属银膜，其厚度为50nm。5....
【专利技术属性】
技术研发人员：王婷婷，柯炜，赵静，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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