CN107677390B - 一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法 - Google Patents

一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107677390B
CN107677390B CN201710860439.5A CN201710860439A CN107677390B CN 107677390 B CN107677390 B CN 107677390B CN 201710860439 A CN201710860439 A CN 201710860439A CN 107677390 B CN107677390 B CN 107677390B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
fiber
sensor
mach
cone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710860439.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107677390A (zh
Inventor
林启敬
赵娜
蒋庄德
伍子荣
姚坤
田边
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201710860439.5A priority Critical patent/CN107677390B/zh
Publication of CN107677390A publication Critical patent/CN107677390A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107677390B publication Critical patent/CN107677390B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明公开了一种熔锥型光纤马赫‑增德尔传感器的制备方法。本发明光纤马赫‑增德尔传感器能够同时测量温度、折射率，将光纤纤芯和包层等效为参考臂和探测臂，纤芯和包层中传输的光会发生干涉，形成待测光谱。具体制作工艺是在两节单模光纤间加入多模光纤，并在多模光纤上熔接出光纤粗锥，最后用氢氟酸对传感臂进行腐蚀。通过对光纤粗锥制作方法的深入研究，以及对腐蚀工艺的精确运用，制作出多参量传感测量的光纤马赫‑增德尔传感器。

Description

一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法
技术领域
本发明属于光纤传感领域，涉及光纤传感器的制备，具体涉及到多模光纤马赫-增德尔传感器的制作方法，光纤粗锥的制作及光纤的腐蚀工艺。
背景技术
光纤传感器件具有抗电磁干扰、电绝缘性好、使用安全等诸多优点。各国都高度重视光纤传感器的研发，投入大量经费来开展光纤传感器的技术研发。在实际测量时，折射率的测量不可避免地要受到温度变化的影响因此实现折射率和温度的同时测量很有必要。光纤马赫-曾德尔传感器结构属于干涉型传感器，该结构以其灵敏度高、质轻、结构紧凑多变、测量对象多、化学性质稳定、对被测介质影响小、成本低等优点，在军事与民用的诸多领域得到了广泛应用。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术不足，提供提供一种一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法，包括以下步骤：
1)制备单多单的光纤马赫-增德尔基本结构，首先在两段单模光纤中加入一段多模光纤，纤芯直径为50um到100um之间，包层的直径为125um；
2)在多模光纤上用熔接机制作出粗锥耦合点，粗锥的位置在多模光纤的正中间，直径范围在165um-170um，锥长范围在410um-415um；
3)随后对该结构进行腐蚀，用氢氟酸对光纤传感壁进行腐蚀10-25分钟，用百分比浓度为1％-2％的NaOH溶液及去离子水清洗传感壁；
4)最后利用多参量矩阵方程，对该传感器进行温度、折射率多参量测量。
所述的多模光纤的长度为10mm到100mm之间。
所述步骤3)中百分比浓度为30％-50％氢氟酸。
附图说明
图1为光纤传感器制作流程图。
图2为光纤粗锥型马赫-增德尔传感器示意图。
其中1为光纤粗锥。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，具体步骤如下：
1.基于多模光纤制作多参量传感器的方法，包括以下步骤：
制备马赫-增德尔传感器：在两节单模间加入多模光纤。由于模式失配而在多模中产生高阶模式并进行干涉，用单模光纤耦合导出后可解调出干涉条纹。
首先，必须对光纤端面的切割进行检查，保证平整度和洁净度。
除去涂覆层。本发明所使用的光纤都是裸纤，只有涂覆层。首先，用米勒钳将距光纤切割端的涂覆层剥去，然后用蘸酒精的脱脂棉擦拭光纤，除去包层上的残渣，将其表面清洁干净。
(2)将剥掉涂覆层的光纤端进行切割处理。本实验所使用的切刀Furukawa FITELS325，需要注意的是切割时，光纤必须平整放置，刀口与光纤轴线垂直。
(3)因为光纤端面是否平整洁净，将直接影响光纤的熔接效果。需要对切割好的光纤端面进行进一步的检查。
2.粗锥熔接：实验中所用光纤为康宁公司的多模光纤。粗锥由普通商用光纤熔接机(古河S177B)熔接形成，如图1所示。本文提出一种便捷的熔接方法，只需将光纤中间部分的涂覆层和包层用米勒钳剥去，经酒精搽拭干净后便可直接将处理后的裸纤部分直接固定在熔接机上进行手动熔接模式下的挤压熔接。
光纤粗锥是在熔接过程中增大了两端推进量而推挤形成的。最终将推进距离设置在200um-280um的范围内，预熔时间设置在230ms-300ms的范围内。光纤锥的长度约为410um-415um，直径约为165um-170um，光纤锥的直径大于普通光纤的直径(125um)。
3.主要通过腐蚀方法来提高折射率灵敏度，腐蚀处理主要步骤如下：
在常温下，氢佛酸的腐蚀速率与其浓度有非常大的关系。浓度在(2-24％)范围时，会发生以下腐蚀反应，且两个反应同时进行，但在高浓度下只发生第二个反应，故而本实验只采用浓度为40％氢弗酸。
SiO2+4HF→SiF4+2H2O (1)
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O (2)
对光纤传感臂的腐蚀：利用40％氢氟酸溶液直接滴在光纤需要腐蚀的部位，由于氢氟酸溶液具有流动性，为了防止酸液沿光纤向两边扩散流至非腐蚀区域腐蚀其他光纤，故而在腐蚀区域两端光纤处滴上甘油，由于甘油比较粘稠，流动性小，且甘油与氢氟酸反应缓慢，可以有效防止氢氟酸扩散至耦合点及输入、输出光纤，从而避免腐蚀到传感器之外的部分，我们对传感臂腐蚀25分钟，以提高传感器的折射率响应灵敏度。
4.温度、折射率测量方案的设计。
搭建传感器的温度、折射率实验***。温度测量时，将研制好的光纤马赫-增德尔传感器和标准热电偶一同置于高温炉中对其进行加热，采用C+L型宽带光源，用MS740A光谱分析仪(日本安立公司)监测其干涉光谱。高温炉升温时，同时记录标准热电偶的读数和光谱分析仪的温度响应曲线。折射率测量时，利用光源发出的光传输入射到光纤马赫-增德尔传感器中,用光谱仪来测量传感***的透射光谱.实验测量了不同环境折射率液体下光纤马赫-增德尔透射光谱，进而分析计算传感器的响应灵敏度等性能指标。最后利用灵敏度矩阵方程，对温度、折射率双参量同时传感测量。

Claims (3)

1.一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备单多单的光纤马赫-增德尔基本结构，首先在两段单模光纤中加入一段多模光纤，纤芯直径为50um到100um之间，包层的直径为125um；
2)在多模光纤上用熔接机制作出粗锥耦合点，粗锥的位置在多模光纤的正中间，直径范围在165um-170um，锥长范围在410um-415um；
3)随后对该结构进行腐蚀，用氢氟酸对光纤传感壁进行腐蚀10-25分钟，用百分比浓度为1％-2％的NaOH溶液及去离子水清洗传感壁；
4)最后利用多参量矩阵方程，对该传感器进行温度、折射率多参量测量。
2.根据权利要求1所述的一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法，其特征在于，所述的多模光纤的长度为10mm到100mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中百分比浓度为30％-50％氢氟酸。
CN201710860439.5A 2017-09-21 2017-09-21 一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法 Active CN107677390B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710860439.5A CN107677390B (zh) 2017-09-21 2017-09-21 一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710860439.5A CN107677390B (zh) 2017-09-21 2017-09-21 一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107677390A CN107677390A (zh) 2018-02-09
CN107677390B true CN107677390B (zh) 2020-07-28

Family

ID=61137657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710860439.5A Active CN107677390B (zh) 2017-09-21 2017-09-21 一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107677390B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108444408A (zh) * 2018-03-05 2018-08-24 武汉理工大学 一种马赫增德尔干涉弯曲传感器
CN108957795A (zh) * 2018-08-10 2018-12-07 长春理工大学 一种光干涉器及波长可调谐全光纤激光器
CN109974758B (zh) * 2019-04-11 2020-03-24 东北大学 用于海水温盐深三参数同时测量的光纤传感器及制备方法
CN112050966A (zh) * 2019-06-06 2020-12-08 武汉工程大学 一种基于混合级联结构的光纤传感器及制备方法
CN112179535B (zh) * 2020-08-28 2022-02-11 西安交通大学 一种双参量一体化传感器及其制备方法和监测***
CN112254838B (zh) * 2020-10-10 2023-01-20 南京邮电大学 基于级联锥形二模光纤结构的高灵敏温度传感器及测试装置
CN112729377B (zh) * 2020-12-02 2022-09-27 北京信息科技大学 粗锥干涉结构、制备方法及温度浓度双参数测量方法
CN112729596B (zh) * 2020-12-02 2022-09-27 北京信息科技大学 一种温度钙离子浓度双参数传感器及制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102393220A (zh) * 2011-10-18 2012-03-28 哈尔滨工程大学 一种sms光纤结构复用传感器
CN105181170A (zh) * 2015-04-30 2015-12-23 中国计量学院 一种基于腐蚀处理的光子晶体光纤马赫-曾德干涉仪的温度传感器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6930768B2 (en) * 2003-05-12 2005-08-16 Furukawa Electric North America Detection of discontinuities in a multimode optical fiber
CN102096151B (zh) * 2010-12-15 2013-02-13 北京理工大学 一种光纤马赫-泽德干涉仪的制造方法
CN103115570B (zh) * 2013-01-17 2015-09-23 中国计量学院 基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器
TW201508249A (zh) * 2013-06-12 2015-03-01 Optics Balzers Ag 一體型光波導感測器系統

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102393220A (zh) * 2011-10-18 2012-03-28 哈尔滨工程大学 一种sms光纤结构复用传感器
CN105181170A (zh) * 2015-04-30 2015-12-23 中国计量学院 一种基于腐蚀处理的光子晶体光纤马赫-曾德干涉仪的温度传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN107677390A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107677390B (zh) 一种熔锥型光纤马赫-增德尔传感器的制备方法
Zhao et al. Hybrid fiber-optic sensor for seawater temperature and salinity simultaneous measurements
CN203894161U (zh) 基于迈克尔逊干涉仪的全光纤折射率计及其***
CN103852428A (zh) 一种基于多模纤芯和光纤光栅的湿度传感器及其制备方法
CN102226725B (zh) 一种壁中波导长周期光纤光栅传感器
CN113324570B (zh) 一种基于气球形光纤mzi的传感装置及气球形光纤mzi传感器制作方法
CN206161192U (zh) 一种基于毛细玻璃管封装的干涉型光纤温度传感器
CN111398222A (zh) 一种基于马赫曾德尔干涉测量的光纤折射率传感器
CN111257284A (zh) 一种光纤折射率传感器及其制备方法
CN204881905U (zh) 一种球形结构光纤的温度传感器
CN114137273B (zh) Fbg级联光纤复合结构的消除温度敏感电流传感装置
Fernandes et al. A simple equation to describe cross-sensitivity between temperature and refractive index in fiber Bragg gratings refractometers
Zhao et al. Ultra-short fiber Bragg grating composed of cascaded microchannels in a microprobe for refractive index measurement
CN205749283U (zh) 一种温度自补偿的光纤珐珀气体折射率传感器
CN102645237A (zh) 化学腐蚀法制备低损耗微纳光纤光栅传感器的方法和装置
CN112729600A (zh) 一种飞秒激光直写fbg结合光纤微球的温度及气压测试方法
CN210005129U (zh) 一种免熔接f-p腔光纤温度传感装置
CN203595562U (zh) 一种基于毛细管液体封装的干涉型光纤温度传感器
CN114137446B (zh) Fbg级联光纤复合结构的消除温度敏感磁场传感装置
CN110231104A (zh) 一种基于原位电镀的f-p光纤高温传感器及其制备方法
CN112762983A (zh) 一种飞秒激光直写lfpg结合光纤mzi结构的双参数测试方法
CN104729628B (zh) 一种基于光纤的液位传感器及液位测量方法
CN204575172U (zh) 基于光纤的液位传感器
Borzycki et al. Arc fusion splicing of photonic crystal fibres
CN108168583B (zh) 基于化学腐蚀结合放电熔接制备的双参数光纤传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant