[发明专利]基于液体填充光子晶体光纤的振动传感器

权利要求书

1.一种基于液体填充光子晶体光纤的光纤振动传感器，其特征在于，包括输入单模光纤、液体填充光子晶体光纤和输出单模光纤，依次共轴同心熔接，入射光由输入单模光纤输入，传输经过液体填充光子晶体光纤，于输出单模光纤输出，液体填充光子晶体光纤为石英玻璃材质缺陷芯光子晶体光纤，光纤内部包层区域空气孔结构中，注入填充液体；将输入端实芯单模光纤及输出端的实芯单模光纤固定，使液体填充光子晶体光纤悬空形成简支梁，液体填充光子晶体光纤中填充液体的方式包括全部空气孔填充或部分空气孔填充，简支梁的固有共振频率f与液体填充光子晶体光纤形成的有效简支梁的长度L的关系为，

其中n为共振阶数，k＝0.5π，M为与波导材料相关的参数，E为液体填充后光子晶体光纤的弹性模量，I为光子晶体光纤材料横截面对弯矩中心轴的惯性矩，I＝(πd⁴)/64，d为梁横截面的直径，m为简支梁单位长度质量；还包括光源、光电转换器、振动发生装置和示波器，其特征在于，探测光由输入单模光纤导入，在液体填充光子晶体光纤中传输，并由输出单模光纤导出；振动传感器受到外界振动时，简支梁沿振动方向振动，带动液体填充光子晶体光纤产生微弯，导致纤芯中传输的探测光部分向包层耦合泄露并被液体吸收，输出光强减弱；当振动持续时，简支梁周期性振动微弯，输出光强周期性变化，变化周期与振动频率一致，变化幅值与振动强度相关，形成强度调制型光纤振动传感器。

2.根据权利要求1所述的光纤振动传感器，其特征在于，液体填充光子晶体光纤的填充液体为，在0℃至50℃温度范围内呈液态，且不与光子晶体光纤材质发生化学反应的物质，该缺陷芯光子晶体光纤的占空比在50％～95％之间。

3.根据权利要求1或2所述的振动传感器，其特征在于，液体填充光子晶体光纤和实芯单模光纤距熔接点200μm内的光纤弯曲半径不小于20cm，两种光纤的熔接界面弯曲半径不小于30cm，光子晶体光纤空气孔直径变化在±10％以内，光子晶体光纤两端未被液体填充满的长度不大于8mm且不小于1mm。

4.根据权利要求1或2所述的光纤振动传感器，其特征在于，所述缺陷芯光子晶体光纤，在石英纤芯的正中心引入了一个空气孔缺陷，其光纤外径为150～200μm，空气填充率为50～90％，纤芯中心的缺陷芯直径为1.7～6.5μm，环形纤芯外径为5～15μm，包层孔直径1.5～7μm，包层孔间距为3～7μm，选用长度为1～10cm。

5.一种权利要求1-2任一项所述振动传感器的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，将缺陷芯光子晶体光纤中填充去离子水；步骤二，将实芯单模光纤跳线作为输入端，与缺陷芯光子晶体光纤一端共轴同心熔接；步骤三，缺陷芯光子晶体光纤另一端以同样方法熔接另一实芯单模光纤，作为强度调制型传感器的输出端；步骤四，将输入端与输出端的的实芯单模光纤跳线粘贴于基底上，使液体填充光子晶体光纤完全悬空，形成简支梁。

6.根据权利要求5所述的振动传感器制作方法，其特征在于，所述步骤一中，放电电极偏移两光纤的接触面，位于实芯单模光纤端面60μm～80μm处，相对放电强度为85，放电次数为2次。