一種sms型并聯多路復用光纖傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種光纖傳感器，尤其是一種SMS型并聯多路復用光纖傳感器。
【背景技術】
[0002] 光纖傳感器因其抗電磁干擾能力強，體積小，響應速度快，以及能在惡劣環境下工 作和方便遠程監控遙感測量的優點，而受到廣泛研宄。
[0003] 近年來，各種結構和制造技術已被應用于構建不同類型的光纖傳感器，如長周期 光纖光柵（LPFGs)，布拉格光纖光柵（FBG)，光子晶體光纖干涉儀以及用飛秒激光器制備的 各種光纖干涉儀。除了這些需要昂貴的光纖和復雜的制作工藝的結構之外，還有一些低成 本的光纖結構，如纖芯直徑不匹配光纖結構，花生型光纖結構，單模_細芯-單模光纖結構 以及突錐型光纖結構。基于這些光纖結構的光纖傳感器在測量溫度，應力和折射率等方面 具有良好的表現，但是由于它們對于應力，折射率和溫度的交叉靈敏度都很高，導致它們的 測量精度很低，且不能同時測量多個物理量。

【發明內容】

[0004] 為了克服目前光纖傳感器存在的制備復雜、交叉靈敏度高等問題，本實用新型提 供了一種SMS型并聯多路復用光纖傳感器，具有制備簡單、成本低、靈敏度高和量程大的優 點。
[0005] 本實用新型所采用的技術方案是：
[0006] 一種SMS型并聯多路復用光纖傳感器，其特征在于：該傳感器包括輸入光纖耦合 器、多個并聯的單模-多模-單模光纖干涉儀和輸出光纖耦合器，且將多個多模光纖長度不 同的單模-多模-單模光纖干涉儀兩端分別與輸入光纖耦合器，輸出光纖耦合器連接形成 并聯結構的光纖傳感器。
[0007] 所述輸入光纖親合器和輸出光纖親合器為同型號的波導式Y型分支路光纖f禹合 器。
[0008] 所述單模-多模-單模光纖干涉儀是將單模光纖、多模光纖、單模光纖依次熔接而 成，其中的單模光纖為同類型的通訊單模光纖，其纖芯直徑和包層直徑分別為8微米和125 微米；多模光纖為階躍型多模光纖，纖芯直徑為60-105微米。
[0009] 本實用新型的具體工作原理是：通過精確地切割多模光纖的長度，使得多模 光纖自成像的位置位于多模光纖的切割點處，從單模光纖入射到多模光纖的光在多模 光纖中圓對稱地激發偶數模，在多模光纖軸向傳播方向上周期性地出現單模光纖耦合 輸入場的自映像。形成單重自映像的長度L(定義熔接點處長度為0)可近似表示為：
:其中：P表示自映像的周期數；LT為形成單重自映像的周期長度；nMF 和DMF分別表不多模光纖纖芯的有效折射率和直徑；X〇為光在真空中的波長。單重自映 像表現在透射譜中就是一個具有最大光強輸出的波峰，當不同多模光纖長度的"單模-多 模-單模"結構光纖干涉儀并聯在一起時，透射譜中就會出現多個中心波長不同的具有最大 光強輸出的波峰，當不同外界因素作用在不同多模光纖長度的光纖干涉儀上時，光纖的長 度、折射率等發生變化，從而使得多模光纖的自映像點發生漂移，表現在光譜儀上為不同波 峰各自的漂移。通過測量外界參量變化時對應的波峰的漂移量，就能解調出外界參量的信 息。
[0010] 本實用新型的有益效果是：該光纖傳感器制備簡單，成本低，測量量程大，靈敏度 高，且可在互不干擾的情況下，同時測量多個物理參量。
【附圖說明】
[0011] 圖1是"單模-多模-單模"三段式結構的光纖干涉儀結構示意圖。
[0012] 圖2是光纖傳感器測試系統示意圖。
[0013] 圖3是光纖傳感器測量應力的透射光譜示意圖。
[0014] 圖4是光纖傳感器同時測量溫度和應力的透射光譜示意圖。圖中，1單模光纖，2 多模光纖，3第一光纖干涉儀，4第二光纖干涉儀，5寬帶光源，6輸入光纖親合器，7輸出光纖 親合器，8光纖光譜儀。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步地說明：
[0016] 如附圖1所示，所述的"單模-多模-單模"三段式結構的第一光纖干涉儀3包括 單模光纖1和多模光纖2,其制備流程為：量取芯徑為105微米、長度為74毫米的多模光纖， 用光纖切割刀精確切割，將單模光纖，多模光纖和單模光纖依次熔接在一起，形成三明治結 構。量取中間多模光纖的長度為74. 5微米，以同樣方法可制備第二光纖干涉儀4。
[0017] 如附圖2所示，將已制備的第一光纖干涉儀3和第二光纖干涉儀4分別與輸入光 纖親合器6、輸出光纖親合器7相連接，形成并聯結構，再將輸入光纖親合器6、輸出光纖親 合器7分別與寬帶光源5、光纖光譜儀8相連接即可組成所述的光纖傳感器測試系統。
[0018] 實施例一
[0019] 參照圖2
[0020] 將第一光纖干涉儀3固定于可移動平臺上，第二光纖干涉儀4固定于光學平臺上。 調節可移動平臺，從而對第一光纖干涉儀3施加可變的縱向應力。如附圖3所示，由于第一 光纖干涉儀3和第二光纖干涉儀4中多模光纖的長度不同，它們的單重自映像即為圖中兩 個具有最大光強輸出的波峰，當外界應力改變時，第一光纖干涉儀3的自映像點發生漂移， 從而光譜儀上屬于第一光纖干涉儀3的波峰發生漂移，而第二光纖干涉儀4由于被固定在 光學平臺上，其自映像點未發生漂移，故屬于第二光纖干涉儀4的波峰也未發生漂移，從圖 3中可以發現，本光纖傳感器測試系統在各光纖干涉儀互不干擾的情況下，可實現多路傳感 復用。
[0021] 實施例二
[0022] 參照圖2
[0023] 將第一光纖干涉儀3固定于可移動平臺上，第二光纖干涉儀4固定于溫度場中。調 節可移動平臺，對第一光纖干涉儀3施加可變的縱向應力，同時，改變溫度場中的溫度，使 得第二光纖干涉儀4周圍環境溫度發生改變。由圖4可知，當外界應力改變時，第一光纖干 涉儀3的自映像點發生漂移，從而光譜儀上屬于第一光纖干涉儀3的波峰發生漂移；而當周 圍環境溫度改變時，第二光纖干涉儀4的波峰也會發生漂移。但從圖4中可以發現，由于所 述光纖干涉儀的應力靈敏度和溫度靈敏度不同，從而漂移量也不同，因此本光纖傳感器測 試系統在各光纖干涉儀互不干擾的情況下，可實現多路傳感復用。
[0024] 在應用時，可先對所述光纖干涉儀進行定標，將定標過的光纖干涉儀與上述光學 器件組成光纖傳感器測試系統，分別將不同多模光纖長度的光纖干涉儀置于不同環境下， 對不同物理參量進行測量，根據測量得到的透射光譜中特征峰波長值和定標函數關系，即 可獲知待測物理參量的信息。
【主權項】
1. 一種SMS型并聯多路復用光纖傳感器，其特征在于：該傳感器包括輸入光纖耦合器、 多個并聯的單模-多模-單模光纖干涉儀和輸出光纖耦合器，且將多個多模光纖長度不同 的單模-多模-單模光纖干涉儀兩端分別與輸入光纖耦合器，輸出光纖耦合器連接形成并 聯結構的光纖傳感器。2. 根據權利要求1所述的SMS型并聯多路復用光纖傳感器，其特征在于：所述輸入光 纖親合器和輸出光纖親合器為同型號的波導式Y型分支路光纖親合器。3. 根據權利要求1所述的SMS型并聯多路復用光纖傳感器，其特征在于：單模-多 模-單模光纖干涉儀是將單模光纖、多模光纖、單模光纖依次熔接而成，其中的單模光纖為 同類型的通訊單模光纖，其纖芯直徑和包層直徑分別為8微米和125微米；多模光纖為階躍 型多模光纖，纖芯直徑為60-105微米。
【專利摘要】本實用新型公開了一種SMS型并聯多路復用光纖傳感器，它是將多根多模光纖長度不同的“單模-多模-單模”三段式結構的光纖干涉儀分別與光纖耦合器連接形成并聯結構，利用多路復用的特性，可以對多個物理參量如溫度，應力等同時進行測量。本實用新型制備簡單，成本低，且可以對多個參量在互不干擾的前提下進行同時測量。
【IPC分類】G01D21/02
【公開號】CN204630604
【申請號】CN201520041342
【發明人】劉亞銘, 徐賁, 歐鈺婷
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年1月19日