CN101614601B - 光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器及其制作方法 - Google Patents

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本发明公开了一种光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器及其制作方法，它由外径不同，纤芯直径相同的两根单模光纤组成；小外径单模光纤轴心错位地熔接在大外径单模光纤上，两根单模光纤的纤芯部分交叠；大外径单模光纤纤芯端面未被覆盖的部分即为参考臂反射面，小外径单模光纤裸露端的纤芯端面即为测量臂反射面；两种光纤的纤芯材料都是纯SiO2。本发明的有益技术效果是：制作简单、成本低廉、体积小、抗电磁干扰、耐、电绝缘性好。

Description

光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种光纤传感技术，具体地说涉及一种光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器及其制作方法。
背景技术
光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的一项技术，在全世界形成了研究热门，已与光纤通信并驾齐驱；光纤传感器由于其优越的性能而备受青睐，其具有以下优点：体积小、质量轻、抗电磁干扰、防、灵敏度很高、测量带宽很宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点，可以构成传感网络。光纤干涉仪采用光干涉技术，其测量精度比普通光纤传感器的测量精度更高。
光纤干涉式传感器因其精度高，抗电磁干扰能力强而受到人们的青睐。但是普通的布拉格光纤光栅因其本身不耐高温，大多采用辅助材料的热膨胀或是热传导来测量高温，降低了传感器的集成度。长周期光纤光栅在高温下其谱线依然良好，但长周期光纤光栅由于存在严重的弯曲敏感性，从而使其测量的可靠性降低。基于非本征珐珀的高温传感器由于使用光学胶粘接方法制作传感器，因而测量的温度也很有限，一般低于500℃。在线型珐珀腔采用了电弧熔接的方法来制作，其所用材料都是SiO2，它具有结构稳定、集成度高、耐高温等优点，但由于SiO2的热膨胀相对较小，因此温度灵敏度不高。但传统微型迈克尔逊干涉传感器是由两个平面镜和一个分光镜组成的***，其装配精度要求高；光纤微型迈克尔逊干涉传感器因参考臂和传感臂分立，参考臂受外界振动温度等干扰大。
发明内容
本发明提出了一种光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器，它由外径不同，纤芯直径相同的两根单模光纤组成；小外径单模光纤轴心错位地熔接在大外径单模光纤上，两根单模光纤的纤芯部分交叠；大外径单模光纤纤芯端面未被覆盖的部分即为参考臂反射面，小外径单模光纤裸露端的纤芯端面即为测量臂反射面。单模光纤的纤芯材料为纯SiO2。
本发明还提出了前述光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器的制作方法，该方法步骤如下：
1)取两根单模光纤，采用化学试剂(比如氢氟酸等)或光纤拉制方法(一般光纤拉制厂家均可拉制)将其中一根单模光纤变细，得到小外径单模光纤，另一根即为大外径单模光纤；
2)将两根单模光纤的熔接端切平，然后将小外径单模光纤和大外径单模光纤轴心错位地熔接固定；小外径单模光纤的纤芯被完全封闭，大外径单模光纤的纤芯仅有一部分被覆盖，另一部分与空气接触，形成参考臂反射面；
3)根据需要的长度切割小外径单模光纤，截面形成测量臂反射面。
有本发明的光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器所组成的检测***结构为：它包括宽带光源、1×2耦合器、一台光谱仪、计算机和光纤迈克尔逊干涉式温度传感器；其中，带光源连接到1×2耦合器的一端，耦合器的另一端连接到光纤迈克尔逊干涉式温度传感器，形成反射干涉谱线，经由1×2耦合器连接到光谱仪，计算机与光谱仪通信连接，来处理数据。
本发明的有益技术效果是：制作简单、成本低廉、体积小、抗电磁干扰、耐、电绝缘性好。
附图说明
图1、本发明传感器结构图；
图2、小外径单模光纤一侧端面示意图；
图3、本发明传感器所自称的检测***装置结构图；
图中：参考臂反射面2、测量臂反射面1、光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器3、1×2耦合器4、宽带光源5、光谱仪6、计算机7；
具体实施方式
参见图1、2，如图所示，本发明的光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器3，它由外径不同，纤芯直径相同的两根单模光纤组成；小外径单模光纤9轴心错位地熔接在大外径单模光纤8上，两根单模光纤的纤芯部分交叠；大外径单模光纤8纤芯端面未被覆盖的部分即为参考臂反射面2，小外径单模光纤9裸露端的纤芯端面即为测量臂反射面1。
参见图3，由本发明的传感器所组成的检测装置结构，它包括：宽带光源5、1×2耦合器4、一台光谱仪6、计算机7和光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器3；宽带光源5连接到1×2耦合器4的一端，1×2耦合器4的另一端连接到光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器3上，在传感器中形成的反射干涉谱线，再经由1×2耦合器4传输到光谱仪6，计算机7与光谱仪6通信连接。
宽带光源5输出一定带宽波长的激光(一般为C波段激光，1520nm～1570nm)，进入1×2个耦合器4，激光通过1×2耦合器4进入传感器后被分成强度相等的两束，分别照射到测量臂反射面1和参考臂反射面2上面；两条光线经各自对应的反射面反射后重新返回1×2耦合器4中，当传感器中的两条光束的光程差小于光源的相干长度时，两束光在1×2耦合器4的输出端(与光谱仪6相连那端)将发生干涉；输出的干涉信号进入光谱仪6；光谱仪6将反射干涉谱传输并存储在计算机7内，由计算机7对数据进行处理。
将本发明的传感器安置在需要测量的温度环境内，由于受温度影响，光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器3的测量臂的折射率发生改变，导致传感器的光程差发生改变，通过光谱仪6探测这种变化，即可迅速得知温度的值。
采用本发明传感器，可将温度测量范围从零下20度延伸到1200摄氏度，其温度灵敏度也比珐珀温度传感器高出近20倍，因此本发明的传感器在工业中具有非常广阔的应用前景。

Claims (3)

1.一种光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器，其特征在于：它由外径不同，纤芯直径相同的两根单模光纤组成；小外径单模光纤(9)轴心错位地熔接在大外径单模光纤(8)上，两根单模光纤的纤芯部分交叠，小外径单模光纤(9)的纤芯被完全封闭；大外径单模光纤(8)纤芯端面未被覆盖的部分即为参考臂反射面(2)，小外径单模光纤(9)裸露端的纤芯端面即为测量臂反射面(1)。
2.根据权利要求1所述的光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器，其特征在于：单模光纤的纤芯材料为纯SiO2。
3.一种光纤内集成式微型迈克尔逊干涉传感器的制作方法，其特征在于：
1)取两根单模光纤，采用化学试剂或光纤拉制方法将其中一根单模光纤变细，得到小外径单模光纤(9)，另一根即为大外径单模光纤(8)；
2)将两根单模光纤的熔接端切平，然后将小外径单模光纤(9)和大外径单模光纤(8)轴心错位地熔接固定；小外径单模光纤(9)的纤芯被完全封闭，大外径单模光纤(8)的纤芯仅有一部分被覆盖，另一部分与空气接触，形成参考臂反射面；
3)根据需要的长度切割小外径单模光纤，截面形成测量臂反射面。
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