CN106645029A - 一种熔接式的开腔光纤efpi折射率传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器，属于光纤传感技术领域。传感器采用单模光纤‑毛细管‑单模光纤的熔接结构，两个端面构成双光束干涉。光纤熔接机用于单模光纤和石英毛细管的熔接。此处应用的是外径125um的熔融石英毛细管，毛细管外径和光纤外径是一样大小的，而其内部是中空的，空气层内径约在50‑65um，这层空气腔就是F‑P腔，腔长在1mm到1.5mm之间。利用光纤研磨纸将毛细管磨出一个缺口，从而使液体可以流入空腔内，通过测量F‑P干涉仪的有效腔长,利用相关解调就可以实现对待测液体折射率的绝对测量。传感器结构简单，易于制作，成本较低，应用灵活方便。可实现对折射率的绝对测量。

Description

一种熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器。
背景技术
光纤传感器由于它结构紧凑、轻便和抗电磁干扰和腐蚀的优点，已经有了很深入的发展。其中相位调制光纤传感器由于采用的干涉技术而具有很高的检测灵敏度，而光纤传感器中光的干涉主要是通过各种光纤干涉仪来实现的。法布里-珀罗干涉仪结构的光纤传感器以其结构简单，体积小，高可靠性，高灵敏度，快时间响应，单光纤信号传输等优点得到了广泛的应用。现大多数研究的折射率传感器都需要标定，只能实现相对测量，本传感器利用信号相关处理算法可以实现折射率的绝对测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单结构的熔接式光纤EFPI折射率传感器，该光纤传感器利用信号相关处理算法，可以实现液体折射率的绝对测量。和一般的传统EFPI传感器相比，此传感器具有大腔长，结构简单，制作工艺简易，应用灵活方便等优点。只需要单模光纤和石英毛细管即可，用光纤熔接机把两段单模光纤熔接到石英毛细管上。利用光纤研磨纸将毛细管磨出缺口，待测液体可以进入到毛细管中，从而实现待测液体的折射率测量。
本发明的技术方案：
一种熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器，采用解调F-P腔长方式，实现待测液体的折射率测量；该开腔光纤EFPI折射率传感器由毛细管和单模光纤构成，将横向切割平整的两段单模光纤和毛细管焊接为整体，两段单模光纤分别焊接在毛细管的两端，利用单模光纤-毛细管-单模光纤两个端面构成双光束干涉结构，毛细管长度即为初始F-P腔长；将其整体弯曲固定，对毛细管的弯曲侧顶面研磨至出现一个缺口，使液体可流入毛细管的空气腔内。
所述的毛细管外径为125um，毛细管外径和光纤外径相同，毛细管内径为50-100um，中空的F-P腔长为50um～2mm。
一种熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器制备方法如下：
将光纤熔接机用于单模光纤和石英毛细管的熔接，需要经过不断的尝试设置、调整熔接参数，最终得到熔接效果良好的完整参数，熔接制作传感头。将传感头固定在磨具上，利用光纤研磨至毛细管出现一个缺口，从而使液体可以流入空腔内，利用相关解调就可以实现待测液体折射率的绝对测量。
一个典型的F-P干涉仪的反射光强I主要受干涉仪的有效腔长nd的数值影响。反射光强可以由下面的公式来描述：
式中，I是干涉频谱的总强度，A和B为常数，n为F-P干涉仪中空腔的折射率，d为F-P干涉仪的实际物理腔长，λ为自由空间光波长。
制作好的F-P干涉仪的实际距离是固定的，即实际物理腔长，而干涉仪的光学距离腔长直接取决于被测物质的折射率。该光学距离可以求出数值，实现被测物质折射率的绝对测量。入射光纤接的是如SM125光纤光栅解调仪等类型的波长扫描式光纤传感信号解调仪。利用交叉相关的信号处理方式，可以求出F-P干涉仪的绝对有效腔长nd，空气情况下折射率n约为1，测量得到的是毛细管空气腔的物理腔长，通入待测液体时nd变化，物理腔长d不变，二者相除即可得到待测液体的折射率，实现对折射率的绝对测量。
本发明的有益效果：材料只需要单模光纤和石英毛细管即可，用光纤熔接机就可以把两段单模光纤熔接到石英毛细管上。传感器结构简单，易于制作，成本较低，应用灵活方便。可以实现对待测液体折射率的绝对测量，不需标定，计算数值即为折射率的真实值。
附图说明
图1是熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器示意图。
图2是熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器制作流程图。
图中：1单模光纤；2毛细管。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明以单模光纤-毛细管-单模光纤两个端面构成双光束干涉结构，制成全石英光纤EFPI折射率传感器。此处应用的是外径125um的熔融石英毛细管，毛细管外径和光纤外径是一样大小的，而其内部是中空的，空气层内径约为70um，这层空气腔就是F-P腔，腔长在50um-2mm之间。毛细管部分磨出缺口，形成一个开放的F-P腔，使得待测液体可以流入到空腔内，这时可能通过测量F-P干涉仪的有效腔长来得到液体折射率。
(1)将切割平整的毛细管和单模光纤放在熔接机上，图2左上图是纤芯对准后的图样(左端为单模光纤，右端为毛细管)。(2)放电熔接过程，毛细管和单模光纤接合在一起，两接触端面平齐，没有突起和皱缩。(3)在显微镜下切割毛细管，此步骤需要把前一步骤已经熔接好的部分从熔接机上拿到显微镜下。由于毛细管极易断裂，操作时尽量拿住光纤一端，用手托住毛细管部分即可。比照光纤外径，找到毛细管长度约为1mm的地方作为切口，用切割刀缓缓切下。(4)再次进行单模光纤和毛细管的熔接，至此两段单模光纤已经熔接到一段1mm左右的毛细管两端，传感头制作完成。(5)将熔接好的光纤毛细管结构固定到玻璃板上，将结构弯曲固定，方便研磨。(6)利用光纤研磨纸，研磨中间的毛细管，直至磨出缺口，使得液体可以进入毛细管当中。

Claims (3)

1.一种熔接式的开腔光纤EFPI折射率传感器，其特征在于，采用解调F-P腔长方式，实现待测液体的折射率测量；该开腔光纤EFPI折射率传感器由毛细管和单模光纤构成，将横向切割平整的两段单模光纤和毛细管焊接为整体，两段单模光纤分别焊接在毛细管的两端，利用单模光纤-毛细管-单模光纤两个端面构成双光束干涉结构，毛细管长度即为初始F-P腔长；将其整体弯曲固定，对毛细管的弯曲侧顶面研磨至出现一个缺口，使液体可流入毛细管的空气腔内。
2.根据权利要求1所述的开腔光纤EFPI折射率传感器，其特征在于，所述的毛细管外径为125um，毛细管外径和光纤外径相同，毛细管内径为50-100um。
3.根据权利要求1或2所述的开腔光纤EFPI折射率传感器，其特征在于，所述的初始F-P腔长为50um～2mm。
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