專利名稱：一種基于酒精填充的光纖fp溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，屬于光纖傳感研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
相對于普通傳感器，光纖傳感器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。法布里-珀羅(Fabry-Perot,簡稱為FP)干涉儀是目前主要的干涉儀之一，而光纖法布里-珀羅干涉儀更是以其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、抗干擾性強(qiáng)、高精度、低成本等優(yōu)異的特性，被制作成各種傳感器，廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域上的參數(shù)的測量。光纖FP干涉儀早在1981中提出并開始進(jìn)行研究，后來發(fā)展成各式各樣的FP傳感器，如壓強(qiáng)傳感器(文獻(xiàn)2.Y.Rao, D.Jackson， R.Jones, and C.Shannon, "Development of prototype fiber-optic-basedFizeau pressure sensors with temperature compensation and signal recoveryby coherence reading，〃 Lightwave Technology, Journal of, 1994(12))、 折身寸率傳感器(文獻(xiàn) 3.Ζ.L Ran, Υ.J.Raoj W.J.Liuj X.Liao, and K.Chiangj〃Laser_micromachined Fabry-Perot optical fiber tip sensor for high-resolutiontemperature-1ndependent measurement of refractive index,〃 Optics Express,2008 (16))、溫度傳感器(文獻(xiàn)4.Y.J.Raoj M.Deng, D.W.Duanj and T.Zhuj 〃In_linefiber Fabry-Perot refractive-1ndex tip sensor based on endlessly photoniccrystal fiber，" Sensors and Actuators A: Physical, 2008 (148))等等。光纖 FP 干涉儀可以分為兩類，一種是本征型，另外一種為非本征型。Chung利用低相干光研究了一種FP溫度傳感器，使用了兩個FP腔來實(shí)現(xiàn)溫度傳感，實(shí)現(xiàn)了相移靈敏度為1.53rad/°c，相對相位靈敏度為7.3I10-6/oC (文獻(xiàn)5.C.E.Lee and H.F.Taylor, ^Fiber-optic Fabry-Perot temperature sensor using alow-coherence lig ht source，〃 Lightwave Technology, Journal of, 1991(9))，該傳感器使用兩個FP腔，實(shí)現(xiàn)的靈敏度較低。而Liu由光纖端面、薄膜等設(shè)計了非本征型的FP溫度傳感器，利用薄膜受溫度的影響會發(fā)生形變，改變FP腔的腔長，最終實(shí)現(xiàn)溫度傳感，靈敏度為 62.82nW/DC (文獻(xiàn) 6.Y.Liuj W.Tianj and J.Huaj "Fiber Temperature SensorBased on Micro-mechanical Membranes and Optical Interference Structure,〃 inJournal of Physics: Conference Series, 2011)。由于微米級的薄膜制作相對困難，不易于實(shí)現(xiàn)，溫度傳感也受制于薄膜的溫度效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)容易受到外界影響。Rao提出了一種基于PCF的FP干涉儀的折射率探頭，可作為溫度傳感器，并實(shí)現(xiàn)了 4.16 nm/°C (文獻(xiàn) 7.Y.J.Raoj M.Deng, D.W.Duanj and T.Zhuj 〃In-line fiber Fabry-Perotrefractive-1ndex tip sensor based on endlessly photonic crystal fiber.Sensorsand Actuators A: Physical, 2008(148))。它使用了 2.3mm的無截止單模光子晶體光纖(endlessly single-mode photonic crystal fiber (EPCF))作為腔體，而腔體的一端使用了 25Wn長度的單模光纖作為端面，另外一端連接了一根單模光纖，傳導(dǎo)光信號，這樣的FP腔結(jié)構(gòu)在熔接制作時工藝比較復(fù)雜，成本相對較高。Xu也使用了單模光纖和無截止光子晶體光纖(PCF)實(shí)現(xiàn)溫度傳感器，在單模光纖尾部熔接長度為1377Mm的無截止單模光子晶體光纖來實(shí)現(xiàn)FP腔溫度傳感，并實(shí)現(xiàn)靈敏度為39.lnm/°C(文獻(xiàn)8.L.C.Xu, M.Deng, D.W.Duan, W.P.Wen, and M.Han, 〃High-temperature measurement by using a PCF-basedFabry - Perot interferometer.0ptics and Lasers in Engineering, 2012)。它依然使用了無截止單模光子晶體光纖，在成本上相對較高。因此，本發(fā)明設(shè)計了一種成本更低、靈敏度更高的光纖FP溫度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有FP溫度傳感器存在的一些問題，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于制備且能實(shí)現(xiàn)高靈敏度的新型FP溫度傳感器。

(二)技術(shù)方案
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，是由單模光纖、毛細(xì)玻璃管、反射鏡組成；毛細(xì)玻璃管的一端粘接了反射鏡，并往毛細(xì)玻璃管內(nèi)注入酒精，而單模光纖的一端經(jīng)過切平后，從毛細(xì)玻璃管的另一端里插入到毛細(xì)玻璃管內(nèi)，在毛細(xì)玻璃管內(nèi)形成了 FP腔體，然后光纖與毛細(xì)玻璃管連接處使用了光學(xué)膠粘接；FP腔體內(nèi)填充了酒精，利用FP腔體內(nèi)酒精的折射率的溫度敏感性，實(shí)現(xiàn)溫度傳感。上述的光纖FP溫度傳感器為反射式結(jié)構(gòu)，由毛細(xì)玻璃管和低反射率鏡構(gòu)成。上述的FP腔體填充的酒精為無水酒精。上述的光纖FP溫度傳感器中的光纖端面處的界面的反射率為0.16%，反射鏡也為
0.16%，構(gòu)成了低精細(xì)度的光纖FP溫度傳感器。上述的FP腔體的腔長為100 μ m。(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明基于酒精填充的FP溫度傳感器具有以下有益效果:
1)本發(fā)明中增加了傳感器的靈敏度的同時，降低了傳感器的成本；
2)本發(fā)明具有體積小、抗電磁干擾強(qiáng)、易于制作等特點(diǎn)。


本發(fā)明共有3幅附圖。其中:
圖1是本發(fā)明的基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明所填充的酒精折射率與溫度的關(guān)系 圖3是本發(fā)明的基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器的傳感方案示意 圖4是本發(fā)明的傳感器的反射光譜圖。圖中:1、單模光纖，11、光纖纖芯，12、光纖包層，2、毛細(xì)玻璃管，3、反射鏡，4、FP腔體，5、光纖FP溫度傳感器，6、測量環(huán)境，7、寬譜光源(BBS)，8、3dB耦合器，9、光譜儀(OSA)，10、單模光纖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、原理以及操作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出了一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，如圖1所示，由單模光纖
1、毛細(xì)玻璃管2、反射鏡3組成，在毛細(xì)玻璃管2的一端與反射鏡3密封性的粘接，通過另外一端往毛細(xì)玻璃管2中填充酒精，然后將單模光纖I的一端經(jīng)過端面平整切割，插入到毛細(xì)玻璃管2中，保證光纖FP腔體的長度為要求長度，在本發(fā)明中該FP腔體的長度為lOOMm，然后使用光學(xué)膠以點(diǎn)的形式把當(dāng)單模光纖I和毛細(xì)玻璃管2粘牢，最終實(shí)現(xiàn)光纖FP溫度傳感器。由于所粘接的反射鏡3是低反射率的，為0.16%，且在光纖中切平的端面所形成的反射率也是相當(dāng)?shù)牡?，?.16%，因此所構(gòu)成光纖FP溫度傳感器是一種基于低精細(xì)度的FP干涉儀的溫度傳感器。在計算該光纖FP溫度傳感器的光學(xué)特性時，由于低精細(xì)度，那么FP腔體中的光，第三次返回到光纖中光能量的強(qiáng)度相對于第一和第二次所返回到光纖內(nèi)部的能量就很小了，可以忽略不計，因此光纖FP溫度傳感器反射回來的光的光強(qiáng)計算原理可簡化為雙光束干涉原理進(jìn)行計算，其公式如式(I):
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提出一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，是由單模光纖1、毛細(xì)玻璃管2、反射鏡3組成；毛細(xì)玻璃管2的一端粘接了反射鏡3，而單模光纖I的一端經(jīng)過切平后，并從毛細(xì)玻璃管2的另一端里插入到毛細(xì)玻璃管2內(nèi)，在毛細(xì)玻璃管2內(nèi)形成了 FP腔體4，然后單模光纖I與毛細(xì)玻璃管2連接處使用了光學(xué)膠進(jìn)行固定；FP腔體4內(nèi)填充了酒精，利用FP腔體內(nèi)的酒精折射率的變化，實(shí)現(xiàn)溫度傳感。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，其特征在于:光纖FP溫度傳感器是反射式結(jié)構(gòu)，由毛細(xì)玻璃管和低反射率鏡構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，其特征在于:FP腔體4填充的介質(zhì)為無水酒精。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，其特征在于:光纖FP溫度傳感器中的光纖端面處的界面的反射率為0.16%，反射鏡也為0.16%，構(gòu)成了低精細(xì)度的光纖FP溫度傳感器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，其特征在于:FP腔體4的腔長為100 μ m。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于酒精填充的光纖FP溫度傳感器，是由單模光纖1、毛細(xì)玻璃管2、反射鏡3組成；毛細(xì)玻璃管2的一端粘接了反射鏡3，而單模光纖1的一端經(jīng)過切平后，并從毛細(xì)玻璃管2的另一端里插入到毛細(xì)玻璃管2內(nèi)，在毛細(xì)玻璃管2內(nèi)形成了FP腔體4，然后單模光纖1與毛細(xì)玻璃管2連接處使用了光學(xué)膠進(jìn)行固定。FP腔體4內(nèi)填充了酒精，利用FP腔體內(nèi)的酒精折射率的變化，實(shí)現(xiàn)溫度傳感。
文檔編號G01K11/32GK103115698SQ20131007088
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者趙勇, 呂日清 申請人:東北大學(xué)