一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，包括依次连接的光源、第一单模光纤、双空气孔三芯光纤、第二单模光纤和光谱分析仪；双空气孔三芯光纤包括一个中心纤芯和两个空气孔；第一空气孔中设置有第一悬挂纤芯，第二空气孔中设置有第二悬挂纤芯；两个悬挂纤芯分别与中心纤芯在各自不同的相位匹配波长下发生共振耦合，两个悬挂纤芯中心与双空气孔三芯光纤中心连线的夹角为90

【技术实现步骤摘要】
一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器


[0001]本专利技术属于光纤传感
，涉及一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，特别是一种基于共振耦合原理的双空气孔三芯光纤弯曲传感器。

技术介绍

[0002]目前基于共振耦合原理的光纤传感器主要是利用具有相同纤芯的双芯光纤制备而成，这类传感器用于弯曲传感面临两个问题：1、采用双芯光纤制备传感器，导致单个传感器只能测量两个方向上的弯曲曲率，若要实现二维平面内任意方向弯曲测量，需要使用两个传感器。2、制备传感器使用的双芯光纤两纤芯完全相同，在任意波长下两纤芯模式都满足相位匹配条件，导致透射光谱中存在多个连续共振峰，限制了传感器的测量范围。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于共振耦合原理的双空气孔三芯光纤弯曲传感器，实现单个光纤传感器对二维任意方向弯曲的测量。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，包括依次连接的光源、第一单模光纤、双空气孔三芯光纤、第二单模光纤和光谱分析仪；双空气孔三芯光纤包括一个中心纤芯和两个空气孔；第一空气孔中设置有第一悬挂纤芯，第二空气孔中设置有第二悬挂纤芯；两个悬挂纤芯分别与中心纤芯在各自不同的相位匹配波长下发生共振耦合，两个悬挂纤芯中心与双空气孔三芯光纤中心连线的夹角为90
°
。
[0005]进一步的，两个悬挂纤芯分别设置于两个空气孔的内壁且靠近中心纤芯处。
[0006]进一步的，双空气孔三芯光纤的直径为125μm，中心纤芯直径为8.5
‑
9μm，两个空气孔直径范围为35
‑
40μm，两个空气孔边缘与中心纤芯边缘距离范围为3
‑
8μm，两个悬挂纤芯直径范围为10
‑
13μm，两个悬挂纤芯直径不同，直径差的范围为0.2
‑
2μm，两个悬挂纤芯和中心纤芯分别与包层的折射率差均为0.004
‑
0.006。
[0007]进一步的，双空气孔三芯光纤的长度等于中心纤芯分别与两悬挂纤芯发生共振耦合的耦合长度的奇数倍的公倍数。
[0008]进一步的，两个悬挂纤芯的直径不等且均大于所述中心纤芯直径。
[0009]进一步的，光源发出的宽谱光经第一单模光纤由双空气孔三芯光纤中心纤芯入射，两个悬挂纤芯分别对应的相位匹配波长的光被耦合到对应的悬挂纤芯中，在中心纤芯透射光谱中产生两个共振峰；当双空气孔三芯光纤发生弯曲时，弯曲引入的应力对中心纤芯和两个悬挂纤芯的折射率分布进行调制，两个悬挂纤芯与中心纤芯的相位匹配波长及耦合系数发生改变，所述两个共振峰发生漂移，利用光谱分析仪探测传感器透射光谱，通过检测两共振峰的漂移量和漂移方向，实现曲率和弯曲方向测量。
[0010]本专利技术的有益效果：本专利技术提出利用双空气孔三芯光纤制备基于共振耦合原理的弯曲传感器，该传感器中心纤芯与两个正交分布的悬挂纤芯均产生共振耦合，利用不同纤芯间共振耦合对弯曲方向敏感性不同的特点，实现单个光纤传感器对二维任意方向弯曲的
测量。由于两悬挂纤芯直径不同，它们与中心纤芯的共振峰可以分离，并且由于中心纤芯与悬挂纤芯中基模只在某一特定波长下发生共振耦合，传感器透射光谱中只在两个相位匹配波长附近出现两个共振峰，扩大了弯曲测量范围。本专利技术利用双空气孔三芯光纤作为传感器单元，具有集成度高、测量范围大、抗电磁干扰等优势，可实现单个传感器对二维任意方向的弯曲进行测量。
附图说明
[0011]图1是本专利技术的结构图示意图。
[0012]图2是双空气孔三芯光纤结构示意图。
[0013]图3是双空气孔三芯光纤截面图。
[0014]图4是双空气孔三芯光纤色散曲线仿真计算结果。
具体实施方式
[0015]下面结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0016]结合图1，本专利技术的一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，该传感器利用双空气孔三芯光纤的中心纤芯分别与正交分布的两个悬挂纤芯发生共振耦合。包括宽谱光源1，单模光纤2，双空气孔三芯光纤3，单模光纤4和光谱分析仪5依次连接而成，双空气孔三芯光纤3两端分别与单模光纤2、单模光纤4连接，单模光纤2、单模光纤4的另一端再分别与宽谱光源1和光谱仪5连接。结合图2和图3，双空气孔三芯光纤3包含空气孔3
‑
2、空气孔3
‑
3、悬挂纤芯3
‑
4、悬挂纤芯3
‑
5和一个中心纤芯3
‑
1；悬挂纤芯3
‑
4和悬挂纤芯3
‑
5与中心纤芯3
‑
1分别具有不同的相位匹配波长，在各自的相位匹配波长下均能与中心纤芯3
‑
1发生共振耦合。宽谱光经双空气孔三芯光纤中心纤芯3
‑
1入射后，由于两悬挂纤芯与中心纤芯在不同波长下发生共振耦合，相位匹配波长的光被耦合到对应的悬挂纤芯中，导致在中心纤芯3
‑
1透射光谱中产生两个共振峰，悬挂纤芯3
‑
4和悬挂纤芯3
‑
5的基模模式色散曲线与中心纤芯模式色散曲线分别只有一个交点，中心纤芯和悬挂纤芯中基模模式只在色散曲线交点对应的波长下满足相位匹配条件，发生共振耦合。当双空气孔三芯光纤3发生弯曲时，弯曲引入的应力对中心纤芯3
‑
1、悬挂纤芯3
‑
4和悬挂纤芯3
‑
5的折射率分布进行调制，引起悬挂纤芯与中心纤芯的相位匹配波长及耦合系数发生改变，从而导致透射光谱中两共振峰发生漂移。通过检测两共振峰的漂移量，可以实现高精度二维弯曲测量。
[0017]中心纤芯3
‑
1与悬挂纤芯3
‑
4之间的共振耦合效应对平行于该两纤芯所在平面方向的弯曲敏感。中心纤芯3
‑
1与悬挂纤芯3
‑
5之间的共振耦合效应对平行于该两纤芯所在平面方向的弯曲敏感。由于中心纤芯3
‑
1与悬挂纤芯3
‑
4和悬挂纤芯3
‑
5呈正交分布，所以通过透射光谱中两个共振峰的波长漂移可以确定双空气孔三芯光纤的弯曲状态(曲率大小和弯曲方向)，从而实现二维弯曲传感。
[0018]中心纤芯3
‑
1位于双空气孔三芯光纤的中心；两空气孔直径可以相同，也可以不同，两悬挂纤芯中心与光纤中心连线的夹角为90
°
；两个悬挂纤芯分别悬挂于两个空气孔的内壁且最靠近中心纤芯处；两个悬挂纤芯中心与光纤中心连线夹角也为90
°
，两个悬挂纤芯的直径不等且都大于所述的中心纤芯直径，直径不同导致两个悬挂纤芯中基模与中心纤芯中模式在不同波长下满足相位匹配条件，发生共振耦合。
[0019]双空气孔三芯光纤3的直径为125μm，中心纤芯3
‑
1直径为8.5
‑
9μm，空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，其特征在于：包括依次连接的光源(1)、第一单模光纤(2)、双空气孔三芯光纤(3)、第二单模光纤(4)和光谱分析仪(5)；所述双空气孔三芯光纤(3)包括一个中心纤芯(3
‑
1)和两个空气孔(3
‑
2，3
‑
3)；第一空气孔(3
‑
2)中设置有第一悬挂纤芯(3
‑
4)，第二空气孔(3
‑
3)中设置有第二悬挂纤芯(3
‑
5)；两个悬挂纤芯(3
‑
4，3
‑
5)分别与中心纤芯(3
‑
1)在各自不同的相位匹配波长下发生共振耦合，两个悬挂纤芯(3
‑
4，3
‑
5)中心与双空气孔三芯光纤(3)中心连线的夹角为90
°
。2.根据权利要求1所述的一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，其特征在于：所述两个悬挂纤芯(3
‑
4，3
‑
5)分别设置于两个空气孔(3
‑
2，3
‑
3)的内壁且靠近中心纤芯(3
‑
1)处。3.根据权利要求1所述的一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，其特征在于：所述双空气孔三芯光纤(3)的直径为125μm，中心纤芯(3
‑
1)直径为8.5
‑
9μm，两个空气孔(3
‑
2，3
‑
3)直径范围为35
‑
40μm，两个空气孔(3
‑
2，3
‑
3)边缘与中心纤芯(3
‑
1)边缘距离范围为3
‑
8μm，两...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨菁，邹凤，叶鹏，段振宇，朱正，关春颖，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：