[发明专利]一种三参数测量的混合结构干涉仪传感器

说明书

本发明涉及一种三参数测量的混合结构干涉仪传感器，包括自左至右依次熔接的第一单模光纤、无芯光纤微球腔、光子晶体光纤和第二单模光纤；本发明通过一个无芯光纤微球腔和小段光子晶体光纤锥做到了在一个传感器上既有Fabry‑Perot干涉仪的功能又有Mach‑Zehnder干涉仪的功能。并且本发明的干涉仪传感器具有结构制作简单、灵敏度高和稳定性好等优点。同时该传感器还可以对横向压力、温度和折射率三参数进行测量。

技术领域

本发明涉及一种三参数测量的混合结构干涉仪传感器，尤其涉及一种三参数测量的Fabry-Perot/Mach-Zehnder混合型结构干涉仪传感器，属于光纤传感器领域。

背景技术

光纤传感器由于传输损耗低、耐腐蚀、测量动态范围大、体积小、抗电磁干扰等优势而备受关注，已广泛应用于物理、化学以及工业和生物传感领域，特别在易燃、易爆以及强电磁干扰等恶劣环境中光纤传感器较传统电传感器有非常大的优势。由于其独特的优势，使得它们可以对各种各样的物理量进行测量，例如：温度、折射率、横向压力、应变、湿度等等。这其中横向压力和折射率的测量变的越来越重要因为他们在日常生活中有着非常重要的应用(如食品制造、桥梁检测等等)。此外，在传感领域温度一直是一个不能忽视的问题。

传统的Mach-Zehnder干涉仪通过光束分束器将一根光纤的光束分到两根光纤中传播，一根为参考光纤另一根是传感光纤，然后通过光纤耦合器将两束光又合并到一根光纤中传播，由于两根光纤的光程不同在合并的光纤中会发生干涉。但是由于传统的Mach-Zehnder干涉仪不稳定很快被全光纤型Mach-Zehnder干涉仪所取代，全光纤型Mach-Zehnder干涉仪是利用纤芯与包层有效折射率不同而形成的一种小型化的透射式干涉仪。光子晶体光纤由于其高双折射、高非线性、无截止单模传输等特点在光纤领域已经越来越受到关注。光纤Fabry-Perot干涉仪是一种多光束反射式传感器，主要有腔内的两个高反射率的平行反射面组成它是一种反射式的光纤干涉仪。一般来说反射式的干涉仪在实际应用中要比透射式干涉仪方便一些。最近，各种各样的混合结构干涉仪已经被报道包括基于PDMS/硅混合结构的温度传感器、混合LPG和FBG的曲率传感器以及基于双芯光纤和微毛细管的MI/FPI混合型传感器。但是以上的传感器都遭遇一些缺点例如制造过程复杂、价格较昂贵。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种将Fabry-Perot和Mach-Zehnder干涉仪整合在一个传感器上的混合结构干涉仪传感器；可利用相位解调的方法实现了横向压力、折射率和温度三参数测量。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种三参数测量的混合结构干涉仪传感器，包括自左至右依次熔接的第一单模光纤、无芯光纤微球腔、光子晶体光纤和第二单模光纤；所述光子晶体光纤和第二单模光纤熔接处呈锥形。

对上述技术方案的进一步设计为：所述无芯光纤微球腔通过无芯光纤制成。

所述无芯光纤一端与第一单模光纤熔接，另一端通过光纤熔接机进行电弧放电，形成无芯光纤微球腔。

所述无芯光纤长度为200微米。

所述无芯光纤微球腔的直径大于第一、第二单模光纤和光子晶体光纤的直径。

所述光子晶体光纤与第二单模光纤的连接处利用光纤熔接机进行了拉锥处理，形成光子晶体-单模光纤锥。

所述光子晶体光纤与第二单模光纤连接处的直径自左至中部逐渐减小，自中部向右逐渐变大。

本发明具有的有益效果为：