【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及光纖傳感?，尤其涉及一種雙參量光纖傳感器、測量系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、在各種物理量中，溫度和氣體壓強在日常生活與工程應(yīng)用中起著非常重要的作用，光纖傳感技術(shù)的發(fā)展極大地增加了物理參數(shù)測量的準確性。在過去的幾十年中，有各種光纖溫度傳感器因制造簡單、體積小、成本低、穩(wěn)定和抗電磁干擾的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療設(shè)備上。
2、相較于傳統(tǒng)的電學(xué)氣壓傳感器來說，光纖氣壓傳感器因其結(jié)構(gòu)緊湊、靈活配置、成本效益高等優(yōu)勢，在航天工程、醫(yī)學(xué)醫(yī)療以及氣象監(jiān)測等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。例如，zhang?s等人（zhang?s,?lei?q,?hu?j,?et?al.?an?optical?fiber?pressure?sensorwith?ultra-thin?epoxy?film?and?high?sensitivity?characteristics?based?onblowing?bubble?method[j].?ieee?photonics?journal,?2021,?13(1):?1-10.）提出利用高壓空氣的膠溶液在ab環(huán)氧樹脂表面形成薄膜超薄微泡結(jié)構(gòu)，然后將膜末端部分微泡轉(zhuǎn)移到帶有空心玻璃管的smf頭頂端，形成薄膜結(jié)構(gòu)光纖法布里-珀羅光纖壓強傳感器。然而，封閉腔氣壓傳感器由于附著在光纖端部的薄膜非常薄，在壓強加大的過程中薄膜容易開裂，無法兼顧壓強測量范圍與機械強度。kong?l?x等人（kong?l?x,?zhang?y?x,?zhang?w?g,et?al.?high-sensitivity
3、上述光纖傳感器雖然可以利用熱敏材料的熱膨脹系數(shù)，以及楊氏模量較低的材料使其在氣體壓強改變時發(fā)生形變，實現(xiàn)高靈敏的溫度和氣壓傳感。但在一些對傳感器的靈敏度要求較高的生產(chǎn)活動中，干涉型光纖傳感器的靈敏度可能滿足不了需求。解決這個問題最有效的方法就是將光學(xué)游標效應(yīng)與干涉型光纖傳感器相結(jié)合。例如，梁津津等人（基于游標效應(yīng)的溫度與氣壓光纖傳感器研究[d].桂林電子科技大學(xué),2023.）提出了一種基于游標效應(yīng)和光譜對比度增強的溫度光纖傳感器，使用了一種新的填充光纖微腔的方法，可以在空心光纖內(nèi)完全填充pdms，并在空心光纖的端面制作了一個半橢球形的pdms結(jié)構(gòu)，利用弧形pdms端面對反射光的聚焦效應(yīng)提高了光譜對比度，但開口腔對溫度光纖傳感器的準確度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度都會產(chǎn)生一定影響，使得靈敏度較低，并且只能夠?qū)我粎⒘窟M行傳感。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種雙參量光纖傳感器、測量系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中測量結(jié)果不準確且檢測參量單一的缺陷。
2、本專利技術(shù)提供一種雙參量光纖傳感器，包括第一傳感干涉單元、參考干涉單元和第二傳感干涉單元，第一傳感干涉單元包括第一傳感fpi和第一環(huán)形器，所述第一傳感fpi連接于所述第一環(huán)形器的環(huán)形端口；參考干涉單元包括參考fpi和第二環(huán)形器，所述參考fpi連接于所述第二環(huán)形器的環(huán)形端口，所述第二環(huán)形器的輸入端口和所述第一環(huán)形器的輸入端口相連；第二傳感干涉單元包括第三環(huán)形器和第二傳感fpi，所述第二傳感fpi連接于所述第三環(huán)形器的環(huán)形端口，所述第三環(huán)形器的輸入端口連接于所述第一環(huán)形器的輸出端口和所述第二環(huán)形器的輸出端口。
3、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量光纖傳感器，所述第一傳感fpi包括第一單模光纖和第一空心光纖，所述第一空心光纖的第一端連接于所述第一單模光纖，所述第一空心光纖內(nèi)部填充有聚合物溶液，所述第一空心光纖的第二端具有聚合物半橢球形結(jié)構(gòu)。
4、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量光纖傳感器，所述第一傳感fpi通過以下步驟加工而成：熔接第一單模光纖與和第一空心光纖的第一端；將具有聚合物溶液的第二單模光纖抵靠于所述第一空心光纖的第二端，以使所述聚合物溶液填充所述第一空心光纖內(nèi)部；將具有聚合物溶液的第三單模光纖靠近所述第一空心光纖的第二端并分離，以使聚合物溶液在所述第一空心光纖的第二端形成半橢球形結(jié)構(gòu)。
5、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量光纖傳感器，所述參考fpi包括第四單模光纖和第二空心光纖，所述第二空心光纖的第一端連接于所述第四單模光纖，所述第二空心光纖的第二端具有金屬膜。
6、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量光纖傳感器，所述第二傳感fpi包括第五單模光纖和第三空心光纖，所述第三空心光纖的第一端連接于所述第五單模光纖，所述第三空心光纖的第二端內(nèi)部具有聚合物膜，所述聚合物膜遠離第五單模光纖的側(cè)面具有無機非金屬層。
7、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量光纖傳感器，所述第二傳感fpi通過以下步驟加工而成：將端部具有聚合物溶液的第六單模光纖抵靠于第三空心光纖的第一端，以使聚合物溶液在第三空心光纖的第二端內(nèi)部形成聚合物膜；移除所述第六單模光纖，并在所述第三空心光纖的第一端熔接第五單模光纖；在所述聚合物膜遠離第五單模光纖的側(cè)面浸涂無機非金屬粉末，以形成無機非金屬層。
8、本專利技術(shù)還提供一種雙參量測量系統(tǒng)，包括光源、測量單元和上述任意一項所述的雙參量光纖傳感器；所述光源的輸出分別連接于所述第一環(huán)形器的輸入端口和所述第二環(huán)形器的輸入端口，所述測量單元連接于所述第三環(huán)形器的輸出端口。
9、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量測量系統(tǒng)，還包括第一光纖耦合器和/或所述第二光纖耦合器；
10、所述第一光纖耦合器的輸入端口連接于所述光源，所述第一光纖耦合器的第一輸出端口連接于所述第一環(huán)形器的輸入端口，所述第一光纖耦合器的第二輸出端口連接于所述第二環(huán)形器的輸入端口；
11、所述第二光纖耦合器的輸入端口連接于第三環(huán)形器的輸出端口，所述測量單元連接于所述第二光纖耦合器的第一輸出端口，所述測量單元用于溫度和氣壓的測量，所述第二光纖耦合器的第二輸出端口連接有光譜分析儀，所述光譜分析儀用于通過光譜形式解調(diào)系統(tǒng)的靈敏度。
12、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙參量測量系統(tǒng)，所述測量單元包括沿光束傳輸方向依次設(shè)置的傾斜光柵、傳感模塊和信號處理模塊；所述傾斜光柵用于將所述第三環(huán)形器輸出光束中的s光分量衍射至傳感模塊；所述傳感模塊用于將所述s光分量轉(zhuǎn)換為模擬電信號；所述信號處理模塊用于處理所述模擬電信號，得到氣壓和溫度。
13、本專利技術(shù)還提供一種雙參量測量方法，基于上述任意一項所述的雙參量測量系統(tǒng)，所述方法包括：基于第一傳感干涉單元和參考干涉單元產(chǎn)生第一個游標效應(yīng)，所述測量單元實現(xiàn)溫度的測量；基于第一傳感干涉單元和本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種雙參量光纖傳感器，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第一傳感FPI（31）包括第一單模光纖（311）和第一空心光纖（312），所述第一空心光纖（312）的第一端連接于所述第一單模光纖（311），所述第一空心光纖（312）內(nèi)部填充有聚合物溶液，所述第一空心光纖（312）的第二端具有聚合物半橢球形結(jié)構(gòu)（314）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第一傳感FPI（31）通過以下步驟加工而成：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述參考FPI（32）包括第四單模光纖（321）和第二空心光纖（322），所述第二空心光纖（322）的第一端連接于所述第四單模光纖（321），所述第二空心光纖（322）的第二端具有金屬膜（323）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第二傳感FPI（37）包括第五單模光纖（371）和第三空心光纖（372），所述第三空心光纖（372）的第一端連接于所述第五單模光纖（371），所述第三空心光纖（372
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第二傳感FPI（37）通過以下步驟加工而成：
7.一種雙參量測量系統(tǒng)，其特征在于，包括光源（1）、測量單元和如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的雙參量光纖傳感器；所述光源（1）的輸出分別連接于所述第一環(huán)形器（33）的輸入端口和所述第二環(huán)形器（34）的輸入端口，所述測量單元連接于所述第三環(huán)形器（36）的輸出端口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙參量測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一光纖耦合器（2）和/或所述第二光纖耦合器（4）；
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙參量測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量單元包括沿光束傳輸方向依次設(shè)置的傾斜光柵（6）、傳感模塊（7）和信號處理模塊（8）；
10.一種雙參量測量方法，其特征在于，基于權(quán)利要求7至9中任意一項所述的雙參量測量系統(tǒng)，所述方法包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙參量光纖傳感器，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第一傳感fpi（31）包括第一單模光纖（311）和第一空心光纖（312），所述第一空心光纖（312）的第一端連接于所述第一單模光纖（311），所述第一空心光纖（312）內(nèi)部填充有聚合物溶液，所述第一空心光纖（312）的第二端具有聚合物半橢球形結(jié)構(gòu)（314）。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第一傳感fpi（31）通過以下步驟加工而成：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述參考fpi（32）包括第四單模光纖（321）和第二空心光纖（322），所述第二空心光纖（322）的第一端連接于所述第四單模光纖（321），所述第二空心光纖（322）的第二端具有金屬膜（323）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙參量光纖傳感器，其特征在于，所述第二傳感fpi（37）包括第五單模光纖（371）和第三空心光纖（372），所述第三空心光纖（372）的第一端連接于所述第五單...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉馳，李嘉晴，沈濤，袁航，朱曉裕，高俊山，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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