[发明专利]基于同轴光纤的温度和应力双参量光纤传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于同轴光纤的温度和应力双参量光纤传感器，属于光纤传感技术应用领域。

背景技术

温度和应力是光纤传感技术应用领域中最重要的两个物理量，在大型桥梁、隧道、大坝等安全监控领域，都必须对温度和应力这两个参量进行探测。然而，由于光纤本身对温度和应力同时敏感，即温度和应力会同时引起光纤传感信号的变化，使得人们无法对两者的具体影响加以区分，这就是交叉敏感问题。交叉敏感问题可以说是光纤传感技术的一个普遍问题，在一定程度上制约了光纤传感技术的应用推广。为了克服交叉敏感问题，实现温度和应力的同时区分测量，人们提出了许多技术方案，比较常用的方法包括：基于两个或两个以上光纤传感器组合、或改变光纤本身的某些结构参数、或采用不同的封装等等。例如：H.J.Patrick 等（H.J.Patrick, G.M.Williams, A.D.Kersey, J.P.Pedrazzani, and A.M.Vengsarkar. IEEE Photon. Technol. Lett., 1996, 8(9):1223-1225）提出，将具有不同敏感特性的光纤布拉格光栅与长周期光纤光栅组合实现温度和应力双参量光纤传感器；LiXiaohong 等（LiXiaohong, WangDexiang, ZhaoFujin, and DaiEnguang. MICRIWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, 2004, 43(6):478-481）提出对光纤布拉格光栅进行部分腐蚀，从而获得两套布拉格反射波长，利用它们对温度和应力传感灵敏度的差异实现双参量光纤传感器，从而克服了交叉敏感问题。但是这些技术方案的不足之处在于制作过程中不可避免的要使用一些复杂的光纤传感头处理技术，例如特种紫外光写入、化学腐蚀、机械打磨、传感头涂覆等工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服上述温度和应力双参量同时测量光纤传感技术的不足，提供了一种基于同轴光纤的温度和应力双参量光纤传感器，它具有制造工艺简单、操作使用方便、测量稳定性高、易于与现有标准单模光纤熔接等特点。

为达到上述目的，本发明的构思是：

制作一种基于同轴光纤的传感头，这种传感头依次包括单模输入光纤、第一同轴光纤、中间单模光纤、第二同轴光纤和单模输出光纤，其中单模输入光纤和中间单模光纤依次与第一同轴光纤通过光纤熔接机熔接构成一号传感单元；中间单模光纤和单模输出光纤依次与第二同轴光纤通过光纤熔接机熔接构成二号传感单元，它们共同构成温度和应力双参量光纤传感头。此前，本发明人所在的课题组分别研究了基于具有双包层结构同轴光纤的温度和应力传感特性（Fufei Pang, Wenchao Xiang, Hairun Guo, Na Chen, Xianglong Zeng, Zhenyi Chen, and Tingyun Wang. Optics Express, 2008, 16(17):12967-12972; Zhang, Jian, Pang, Fufei, Guo, Hairun, Chen, Zhenyi, Wang, Tingyun. Proceedings of the SPIE, 2010,Vol.7853, pp.78533U-78533U-6）,通过理论和实验证明同轴光纤具有包层模谐振光谱滤波功能，并且谐振光谱对温度和应力具有敏感性，这也是本发明提出的前提和基本依据。

本发明的工作原理：