[发明专利]渐变多模光纤异质芯结构二维间隙传感器及制作标定方法

说明书

本发明属于光纤传感领域，主要涉及渐变多模光纤异质芯结构二维间隙传感器；包括顺次连接的注光光纤，调制渐变折射率多模光纤，传感单模光纤和收光渐变多模光纤；标定注光光纤与调制渐变折射率多模光纤的三维位移台；通过运用渐变折射率多模光纤的自聚焦特性并通过调节注光光纤与调制渐变折射率多模光纤的横向间隙与纵向间隙实现二维间隙传感，通过改变注光光纤的光纤种类和结构来实现灵敏度的提高或检测范围的增大，还可通过改变调制渐变折射率多模光纤的长度是自聚焦周期的几分之几来实现灵敏度和检测范围的调节，有效解决光纤型SPR传感器间隙测量的困难。

技术领域

本发明属于光纤传感器领域，具体涉及渐变多模光纤异质芯结构二维间隙传感器及制作标定方法。

背景技术

表面等离子共振(SPR)传感器具有体积小，灵敏度高，抗电磁辐射和干扰，可实现远距离测量等优点，广泛应用于食品安全、生物医学、环境监测等方面。其原理为：当光波从光密介质射向光疏介质时，在两种介质的界面，将发生反射和折射，如果入射角大于临界角，将不会发生折射，反射光波与入射光波能量相等，这种现象称为全反射，当发生全反射时，入射光照射到两种介质分界面后，光波能量全部反射回光密介质，但并不是在界面上一下就反射回去的，而是在光疏介质中穿透很薄的一层，厚度在光波波长量级，这部分穿透的电磁波称为倏逝波，倏逝波在金属表面激发表面等离子体，在一定条件下，倏逝波与金属表面等离子体发生共振，此时，反射光的能量由于入射光的能量被部分吸收而下降，形成共振峰，当光疏介质折射率不同时，共振峰发生偏移，这就是光纤SPR传感器对待测介质(光疏介质)折射率参数进行检测的基本原理。

光纤SPR间隙传感器因其体积小、重量轻、抗电磁干扰和遥感能力等诸多优势在许多领域中都启着越来越重要的作用，例如结构健康监测，工业控制、滑坡监测、地基沉降等。传统的光纤SPR间隙传感器主要可分为基于Otto结构和Kretschmann结构的，其中基于Otto结构的光纤间隙传感器由其结构限制原因导致检测量程极窄(仅约有0-10nm)。而基于Krestchmann结构的光纤间隙传感器的检测量程已能够达到0-25μm。但是由于表面等离子体共振传感原理可知，发生条件需要满足倏逝波与传感膜接触，然而目前所提出的传感器结构普遍采用光纤端面研磨斜、机械去除光纤石英包层、或者熔接容易去除包层的特种光纤等方法。这些方法操作复杂、结构不稳定且特种光纤难以获得、成本高不便于实用化。

基于此，本发明所要解决的问题是，寻找一种简单的传感器结构，实现光纤型SPR传感器灵敏度的提高或检测范围的增大，同时解决间隙测量的困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光纤传感器及制作标定方法，以解决光纤型SPR传感器间隙测量的困难，同时提高传感器的灵敏度，扩大检测范围。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

渐变多模光纤异质芯结构二维间隙传感器，包括注光光纤，调制渐变折射率多模光纤，传感单模光纤，收光渐变多模光纤；调制渐变折射率多模光纤右端与传感单模光纤左端正对焊接，传感单模光纤右端与收光渐变多模光纤左端正对焊接，构成渐变多模光纤异质芯结构，注光光纤置于三维位移台左边夹具中，左端与宽谱光源相连，用于传输光束，调制渐变折射率多模光纤置于三维位移台右边夹具中，左端用于接收并传输由注光光纤右端传输出的光，经调制渐变折射率多模光纤调制后的光束进入传感单模光纤，发生表面等离子体共振效应(SPR)后，进入收光渐变多模光纤左端，收光渐变多模光纤右端与光谱仪相连。