[发明专利]混合液芯光纤长周期光栅温度和折射率双参量传感器

说明书

本发明公开了一种混合液芯光纤长周期光栅温度和折射率双参量传感器，包括顺次连接的第一单模光纤、第一石英毛细管、混合液芯光纤、第二石英毛细管和第二单模光纤，其中混合液芯光纤的纤芯为具有特定色散曲线的混合液体，其上制作有长周期光纤光栅，长周期光纤光栅中不同谐振峰都位于不同模式的色散转折点附近。本发明可以对温度和折射率双参量进行同时测量，且传感器体积小、成本低、制备方法简单易行。

技术领域

本发明属于光纤传感与通信技术领域，具体涉及一种基于混合液芯长周期光纤光栅的温度和折射率双参量传感器。

背景技术

长周期光纤光栅(Long period fiber grating,LPFG)是光纤光栅的一种，周期在几十到几百个微米之间，原理为光纤间同为正向传输的模式的耦合，在透射端观察呈现带阻特性。外界环境如温度、应变、横向负载、弯曲等的变化对光纤模式之间的耦合影响比较大，导致LPFG谐振波长发生漂移，是一种敏感度高的传感器件，经常用于对温度、折射率、湿度、弯曲、应变等参数的测量。随着对LPFG研究的深入，人们不再局限于单模光纤中LPFG的研究，涌现出许多特种光纤LPFG。

当LPFG用于温度传感时，普通单模光纤的纤芯和包层的主要材料都为石英，热光系数相差不大，都约为7.8·10^-6/℃，因此常规单模光纤LPFG的温度灵敏度较低，一般为几十pm/℃。

另外，在实际的传感测量中，传感器不可能只受到一个参量的影响，温度、湿度、应变、环境折射率等变化一般都是同时存在的，尤其是对折射率的测量过程中必须要考虑温度的影响因素。

发明内容

本发明针对现有LPFG温度传感器灵敏度较低，光纤折射率传感器存在温度串扰的问题，提供一种可以实现对温度和折射率双参量的高灵敏度测量的混合液芯光纤长周期光栅温度和折射率双参量传感器。

本发明所采用的技术方案是：

提供一种混合液芯光纤长周期光栅温度和折射率双参量传感器，包括顺次连接的第一单模光纤、第一石英毛细管、混合液芯光纤、第二石英毛细管和第二单模光纤，其中混合液芯光纤的纤芯为具有特定色散曲线的混合液体，其上制备有长周期光纤光栅，长周期光纤光栅中不同谐振峰都位于不同模式的色散转折点附近。

接上述技术方案，所述混合液体为甘油与水的混合液。

接上述技术方案，所述混合液芯光纤包括包层和圆形空气孔，该圆形空气孔内置所述长周期光纤光栅，且其内填充所述混合液体。

接上述技术方案，第一石英毛细管的内径略大于第一单模光纤，第二石英毛细管的内径略大于第二单模光纤。

接上述技术方案，混合液体的热光系数的绝对值大于10^-4/℃。

接上述技术方案，混合液体的折射率始终比两个石英毛细管高3·10^-3～7·10^-3。

接上述技术方案，混合液芯光纤两端的尾纤穿过石英毛细管与第一单模光纤连接。

接上述技术方案，第一石英毛细管和第二石英毛细管靠近混合液芯光纤的一端均存储一段混合液体。

接上述技术方案，混合液芯光纤与两端的石英毛细管连接处用紫外胶密封固定。

本发明产生的有益效果是：本发明通过将具有特定色散曲线的混合液体注入空芯光纤，能够实现多个工作在色散转折点附近的谐振峰，可以实现对温度、折射率的高灵敏度双参量测量。当混合液体纤芯的色散曲线与石英包层的色散曲线差别较大，根据数值仿真结果看出在不同的光栅周期下，LPFG都可以工作在色散转折点附近。对于具有特定周期的LPFG，温度变化时，谐振峰变化很大，可以出现多个模式的色散转折点，位于色散转折点附近的不同谐振峰的灵敏度较高且有差异，可以实现双参量同时高灵敏测量。

附图说明