[发明专利]一种采用光纤端面腐蚀的温度和应变测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用光纤端面腐蚀制作纤芯气泡干涉结构对温度和折射率同时进行测量的方法，宽带光源作为光源，采用掺杂稀土元素的掺杂光纤作为光纤激光器的增益介质，结合一支波分复用器(Wavelength Division Multiplexer,WDM)、单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)、温控装置(Temperature Control)实现对温度和应变的标定以及测量。

背景技术

全光纤化的传感器具有结构紧凑、使用寿命长、对测试量敏感、传输信道多等优势广泛地应用于光纤传感、光纤通信、光学加工等领域。通过光纤端面微加工技术或搭建具有干涉结构的全光纤传感器，在泵浦源作用下，输出具有梳状谱图样的干涉谱曲线。细芯光纤马赫-曾德光纤传感器结构简单且易于实现，该结构由一段细芯光纤熔接在两段芯径相对较粗的掺杂稀土光纤中，掺杂稀土光纤也被用作为传感器的增益介质。2011年范林勇等人设计了一种基于双芯光纤的马赫-曾德干涉仪，应用于温度和应变量的测量，干涉条纹衬幅比约为10dBm，条纹间隔约为2nm。2013年邹卉等人用两支3dB耦合器制成马赫-曾德干涉系统，结合双芯光纤，构成双级结构的马赫-曾德干涉仪，条纹衬幅比约为30dBm。光纤马赫-曾德干涉仪具有结构简单、条纹衬比度高、梳状谱密集等优势，常被用于光纤传感领域。

在纤芯中制作气泡使得纤芯有效折射率发生变化，在纤芯中传输的光经过气泡，光程发生改变，产生模间干涉，由于在一根光纤就能实现多种模式之间的干涉，简化了光路，使结构更加紧凑，而且损耗低、不受外界干扰，具有很好的发展前景。

发明内容

本发明提供了一种采用光纤端面腐蚀的温度和应变测试方法，包括步骤：a)对光纤端面进行腐蚀处理；b)将腐蚀处理的光纤端面与切平面的光纤相对熔接；c)熔接至孔槽发生膨胀，在纤芯位置产生气泡；d)通过光谱仪对经过气泡传输光发生变化的光程进行观测，产生梳状谱曲线；e)应用所述梳状谱曲线进行传感测试；f)当干涉仪受到外界影响导致气泡结构发生改变，光程差发生变化，导致干涉梳状谱改变，干涉条纹产生移动；g)将气泡传感器和光纤光栅熔接在一起，可同时对温度以及应变进行测试。

优选地，所述光纤为掺杂稀土元素的增益光纤。

优选地，所述步骤a的腐蚀处理为利用40％的氢氟酸溶液在普通光纤纤芯腐蚀出凹槽。

优选地，所述步骤b的熔接过程中，需要控制熔接放电强度，避免放电过大造成熔接塌陷，影响气泡的形成。

优选地，所述步骤g中当温度和应变同时变化时，气泡干涉结构的干涉特征波长和光纤光栅波长的变化可以表示为：

其中Δλ₁、Δλ₂分别为气泡结构干涉谱的特征波长以及光纤光栅的波长变化量，Δ_T和Δ_n分别为温度和应变的变化量，K_T1、K_N1和K_T2、K_n2分别为气泡结构和光纤光栅的温度和应变灵敏度，可以通过计算灵敏度曲线的斜率得到。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示出了气泡示意图；

图2示出了气泡效果图；

图3示出了温度测试系统示意图；

图4示出了应变测试系统示意图；

图5示出了气泡漂移曲线；

图6示出了光谱变化曲线。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案由一支泵浦源、一段掺杂稀土元素的增益光纤、一支波分复用器(WDM)、单模光纤(SMF)构成。掺杂稀土元素的光纤作为光纤传感器的增益介质，WDM用于将泵浦光耦合进入掺杂光纤。