[发明专利]包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器及制作、测量方法

说明书

本发明公开了一种包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器及制作、测量方法，所述传感器包括光源、传感探头以及光谱解调装置，所述光源和光谱解调装置通过光纤环形器分别与传感探头连接，所述传感探头包括带有包层反射镜的单模光纤和倾斜光纤光栅，所述倾斜光纤光栅与单模光纤连接，且倾斜光纤光栅具有后向传输的包层模；当倾斜光纤光栅外部折射率改变时，倾斜光纤光栅的包层模光场随之变化，通过监测包层模光场波长和强度的变化感知外部折射率变化，实现对折射率的测量。本发明可实现全光纤高灵敏度折射率测量，具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、稳定性强、适合全程监测等优点。

技术领域

本发明涉及一种折射率传感器，尤其是一种包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器及制作、测量方法，属于传感技术领域。

背景技术

众所周知，光纤光栅传感器与传统的电学传感器相比较，其具有低损耗、尺寸小、重量轻、抗电磁干扰、化学稳定及电绝缘等优点。然而，传统光纤布拉格光栅对环境折射率不敏感，无法实现基于折射率改变的传感应用。长周期光纤光栅对环境温度、应变和折射率交叉敏感，其稳定性差限制了长周期光纤光栅的在实际测量中的应用推广。

倾斜光纤光栅由于光栅倾角引入，有效地将光纤纤芯基模激发至光纤包层，产生数百个具有不同有效折射率的包层模式，这些包层模使得倾斜光纤光栅对环境折射率及其敏感，与此同时，倾斜光纤光栅纤芯基模又可实现对环境温度和应变信息测量，因此倾斜光纤光栅具有多参量同时测量的特色，并且其也继承了短周期光纤光栅(光纤布拉格光栅)结构稳定的优点，具有很好的传感应用潜力。

倾斜光纤光栅激发的包层模为后向传输模式，能量分布在光纤包层，其能量无法再次返回光纤纤芯，被探测器接收到。传统的倾斜光纤光栅折射率传感器测量的都是被激发后剩余的纤芯模式能量。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器，该传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、稳定性强、适合全程监测等优点。

本发明的第二个目的在于提供一种包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器的制作方法。

本发明的第三个目的在于提供一种基于上述包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器的测量方法

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器，包括光源、传感探头以及光谱解调装置，所述光源和光谱解调装置通过光纤环形器分别与传感探头连接，所述传感探头包括带有包层反射镜的单模光纤和倾斜光纤光栅，所述倾斜光纤光栅与单模光纤连接，且倾斜光纤光栅具有后向传输的包层模。

进一步的，所述包层反射镜由镀在光纤端头的反射膜加工而成。

进一步的，所述包层反射镜的中间开有可通光的圆孔。

进一步的，所述圆孔的直径为10～30微米。

进一步的，所述反射膜的反射率超过90％。

进一步的，所述倾斜光纤光栅的倾斜角度为0～45度。

进一步的，所述光源为宽带光源或可调谐激光器。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器的制作方法，所述方法包括：

在光纤端头镀反射膜，并加工成包层反射镜；将包层反射镜的中间部分去除；将倾斜光纤光栅与带有包层反射镜的单模光纤连接，构成传感探头；将传感探头通过光纤环形器分别连接光源和光谱解调装置，构成包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器。

进一步的，所述包层反射镜的中间部分为圆孔。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：