专利名称：一种基于3°角倾斜mfbg的温度与折射率同时测量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于3°角倾斜多模光纤布拉格光栅(Multimode fiber Bragg grating, MFBG)实现温度与折射率同时测量的传感器。
背景技术：
在科研和生产中，对折射率参数的传感测量是一个重要问题。传统的测量折射率的方法是利用光的干涉原理，如利用迈克尔逊干涉仪观察干涉条纹的变化，计算出光程差从而计算出待测物质的折射率，这些测量方法设备复杂，操作繁琐。基于光纤的折射率传感器是一种新型传感器，与传统的测量方法相比，它具有体积小，不受电磁干扰，安全等优点， 特别适用于易燃，易爆等苛刻环境下的检测。光纤光栅是近几年来发展最为迅速的光纤无源器件之一，它采用波长调制方式， 而不是用信号的幅度响应，对光纤连接器和耦合器、光纤弯曲、光源不稳定等无需任何补偿措施，同时还可以方便地将多只光栅复用，这是其它传感器件无法比拟的。光纤光栅可分为长周期光纤光栅(LPG)和光纤布拉格光栅(FBG)。LPG对外界环境折射率的变化非常敏感，在折射率测量中被广泛应用，但由于LPG对温度的变化也很敏感，而温度会对折射率造成一定影响，所以在用LPG作为折射率传感器应用时，必须将温度因素区分出来，避免交叉敏感问题，对测量结果造成影响，常用的解决方法有将一个LPG和一个FBG串联使用，其中 FBG做为温度传感器或者两个周期不同的LPG串联使用，同时测量温度和环境折射率，这些测量方法增加了传感器的复杂程度。此外，LPG对光纤弯曲非常敏感，也会对测量造成不便。FBG由于光的模式耦合发生在纤芯内，与外界几乎没有能量交换，对外界折射率变化不敏感，所以在用FBG测量外界环境折射率时常采用蚀刻法或侧面抛光法将光纤变细，方便与外界环境产生能量交换，但这些预处理容易破坏光纤，使得光纤极易折断，对测量造成不便。同时，普通FBG折射率传感器同样存在温度对折射率的交叉敏感问题，影响测量精度。针对上述问题，我们提出了一种基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器。基于3°角倾斜MFBG的传感器结构紧凑，利用一个传感器就可实现温度和折射率的同时测量，并且由于MFBG是布拉格光栅的一种，对弯曲不敏感，不受温度影响，传感器性能稳定，因此本实用新型提出的传感器不会受到光纤抖动和光纤弯曲所带来的干扰，测量精度高，比传统测量方法、LPG传感器和FBG传感器更有优势。
发明内容本实用新型目的就是为了克服现有折射率测量传感技术中存在的交叉敏感的问题，提供了一种结构紧凑的基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器，此方案可以有效解决测量过程中出现的物理参量间交叉敏感问题，极大降低了传感器的复杂程度，并且对于光纤抖动和光纤弯曲等各种不稳定因素有较强的抗干扰能力。本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器包括宽带光源、单模光纤、3°角倾斜多模光纤布拉格光栅、光谱仪。宽带光源直接与单模光纤连接，将光耦合进单模光纤，单模光纤的另外一端直接与3°角倾斜多模光纤布拉格光栅光连接，3°角倾斜多模光纤布拉格光栅的另外一端连接到光谱仪。本实用新型所具有的有益效果为3°角倾斜多模光纤布拉格光栅中由于同时存在芯模与芯模、芯模与包层模两种耦合模式，因此在透射光谱中产生两组具有不同特性的谐振损耗峰。其中芯模与芯模耦合产生的谐振损耗峰的波长只对外界温度变化敏感，芯模与包层模耦合产生的谐振损耗峰的波长同时对外界温度和折射率敏感，利用两组谐振损耗峰对温度和环境折射率的敏感度不同可以实现对温度和折射率的同时精确测量，有效解决了光纤光栅折射率传感器中存在的温度与折射率的交叉敏感问题，结构紧凑，光纤无需经过腐蚀或抛光等预处理，不会对光纤造成损伤，并且大大降低了传感器成本。同时整个系统的设置具有灵活性与稳定性，测量具有可重复性。

图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型中3°角倾斜多模光纤布拉格光栅的透射光谱图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进一步描述。如图1所示，基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器，包括宽带光源 1、单模光纤2、3°角倾斜多模光纤布拉格光栅3、光谱仪4。单模光纤2的一端与宽带光源 1光连接，单模光纤2的另一端与3°角倾斜多模光纤布拉格光栅3—端光连接，3°角倾斜多模光纤布拉格光栅3另一端与光谱仪4光连接。本实施方式的工作方式为宽带光源发出的光入射到单模光纤，经过单模光纤的模式滤波作用，光在低模激励的状态下耦合进入3°角倾斜多模光纤布拉格光栅，在3°角倾斜多模光纤布拉格光栅中传输的光由于特定的光栅倾斜角度，会产生两种不同的耦合方式，一种是由芯模与包层模间耦合，另一种是由芯模与高阶芯模间的耦合。前会产生一系列波长较短的谐振峰，并且谐振峰对外界环境的温度和折射率的变化都很敏感，后者会产生一系列波长较长的谐振峰，这些谐振峰只对外界温度的变化敏感。图2为室温、空气环境(折射率近似为1)下，3°角倾斜多模光纤布拉格光栅的透射光谱图。本实用新型从芯模与包层模耦合产生的谐振峰中选取波长为巧56. 03nm的谐振峰记为λ el，从芯模与芯模耦合产生的谐振峰中选取波长为1566. 30nm的谐振峰记为λ。。， 将入…λ。。做为测量波长。由于芯模与芯模的耦合发生在纤芯中，因此产生的谐振波长λ。。只对外界温度变化敏感；芯模与包层模耦合产生的谐振波长λd则同时受到外界温度与折射率的影响。实验测得
权利要求1.一种基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器包括宽带光源、单模光纤、3°角倾斜多模光纤布拉格光栅、光谱仪，其特征在于宽带光源直接与单模光纤光连接，将光耦合进入单模光纤，单模光纤的另外一端直接与3°角倾斜多模光纤布拉格光栅光连接接，3°角倾斜多模光纤布拉格光栅的另外一端连接到光谱仪。
2.如权利要求1所述的一种基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器，其特征在于光栅的倾斜角度为3°。
专利摘要本实用新型涉及一种基于3°角倾斜MFBG的温度与折射率同时测量传感器。本实用新型中宽带光源直接与单模光纤光连接，将光耦合进入单模光纤，单模光纤的另外一端直接与3°角倾斜MFBG光连接，3°角倾斜MFBG的另外一端连接到光谱仪。本实用新型能够有效解决折射率测量传感技术中存在的物理参量之间交叉敏感问题，实现对温度和折射率的同时测量，结构紧凑，同时进一步提高测量精度，对外界环境，比如光纤震动、光纤弯曲有较强的抗干扰能力。同时整个系统的设置具有灵活性与稳定性，确保了测量具有可重复性。
文档编号G01K11/32GK201945404SQ20102061838
公开日2011年8月24日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者倪凯, 姬崇轲, 康娟, 董新永, 赵春柳, 金永兴 申请人:中国计量学院