【技术实现步骤摘要】
本公开涉及电子核心产业领域，具体涉及一种级联型光纤光栅传感器的制备方法及光纤光栅传感器。
技术介绍
1、光纤光栅传感器作为一种正在蓬勃发展的传感技术，因其具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、尺寸小、重量轻、灵敏度高等优点而被广泛应用于民用建筑、航空航天、船舶、石油化工以及核工业等诸多领域。
2、光纤光栅传感器的核心部分是光纤光栅。光纤光栅是一种在光栅的纤芯引入周期性折射率调制而制成的衍射光栅。根据光栅周期的大小，可以将光纤光栅分为短周期光纤光栅(fiber bragg grating，fbg)和长周期光纤光栅(long-period fiber grating，lpfg)。其中，fbg利用了光正向传播和反向传播的纤芯模式的耦合，fbg通常包括啁啾光纤光栅(chirped fiber bragg grating，cfbg)、相移光纤光栅、随机光纤光栅等；lpfg则利用了光正向传播的纤芯模式和正向传播的包层模式之间的耦合，并且由于lpbg引入了包层模式，使得lpbg对外界参量(例如温度)的敏感度远高于fbg。
3、然而，现有的光纤光栅传感器大多依赖fbg进行温度传感，相较于lpfg，fbg对温度的变化较不敏感，其温度灵敏度仅有12-14pm/℃且不具备可调性。虽然可以通过拉锥、腐蚀、镀膜等方法提高fbg的温度灵敏度，但这些方法灵活性较差且会引入额外的工艺，不适合大批量生产。因此，依赖fbg进行温度传感限制了光纤光栅传感器对温度进行精确的测量。
技术实现思路
1、本公开
2、为此，本公开第一方面提供一种级联型光纤光栅传感器的制备方法，所述级联型光纤光栅传感器包括可透射光信号以产生具有谐振峰的透射光谱的第一光纤光栅、以及可反射所述透射光谱以产生反射光谱的第二光纤光栅，其中，所述透射光谱和所述反射光谱随温度变化而发生偏移，所述第一光纤光栅的灵敏度大于所述第二光纤光栅的灵敏度，所述制备方法包括:基于目标温度范围和采集装置的检测范围制备所述第一光纤光栅，其中，在所述目标温度范围内的温度变化时，所述谐振峰在第一位置与第二位置之间偏移且所述第一位置和所述第二位置位于所述检测范围，令所述第一位置和所述第二位置对应的波长区间为第一波长区间；并且基于所述目标温度范围和所述第一波长区间制备所述第二光纤光栅，其中，在所述目标温度范围内的温度变化时，所述反射光谱的带宽和所述反射光谱的偏移量对应的第二波长区间覆盖所述第一波长区间。
3、在本公开第一方面中，由于第一光纤光栅的灵敏度大于第二光纤光栅的灵敏度，利用第一光纤光栅产生的谐振峰能够实现较为精确的测温。在这种情况下，基于目标温度范围和采集装置的检测范围制备第一光纤光栅，能够根据精确测温的需求定制化地制备第一光纤光栅，由于第一光纤光栅在目标温度范围内的温度变化时谐振峰在采集装置的检测范围内偏移，从而能够便于通过采集装置对谐振峰的位置进行检测以获取测温结果。另外，在完成第一光纤光栅的制备后，由于第一波长区间能够反映谐振峰在目标温度范围内的温度变化时偏移的区间，基于第一波长区间和目标温度范围制备第二光纤光栅，能够根据第一光纤光栅的测温范围定制化地制备第二光纤光栅，并且通过令第二波长区间覆盖第一波长区间，能够使得第二光纤光栅产生的反射光谱将第一光纤光栅产生的透射光谱表现出来，从而使得反射光谱套有谐振峰，通过采集装置接收反射光谱即可获取谐振峰在目标温度范围内偏移的位置，从而能够获取测温结果。另外，相较于直接通过采集装置接收透射光谱以获取测温结果，通过采集装置接收反射光谱以获取测温结果能够将采集装置和光源设置于光纤的同一端，从而提高获取测温结果的便捷性，拓宽级联型光纤光栅传感器的应用场景。
4、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，对光纤进行刻写以制备所述第一光纤光栅，制备所述第一光纤光栅包括：通过飞秒激光沿着光纤的轴向以恒定激光功率在光纤的纤芯刻写多条长度相同且间隔相等的光栅线，其中，所述光栅线的长度方向与光纤的轴向平行。在这种情况下，由于飞秒激光具有脉冲宽度窄和能量密度高的特点，能够在极短时间内将激光能量集中于纤芯以完成光栅线的刻写，从而减少对纤芯的热损伤，提高刻写光栅线的合格率。另外，通过飞秒激光刻写光栅线能够精确且灵活控制光栅线的参数(例如粗细、长度和间隔等)，从而提高制备第一光纤光栅的灵活性和精确性。
5、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，制备所述第一光纤光栅还包括：在光纤的两端分别连接光源和所述采集装置；通过所述采集装置获取所述透射光谱；基于所述透射光谱获取所述谐振峰的宽度和深度；并且响应于所述谐振峰的宽度符合第一预设要求且所述谐振峰的深度符合第二预设要求，检测所述第一波长区间是否位于所述检测范围。在这种情况下，通过采集装置获取透射光谱能够方便且直观地检测谐振峰的宽度和深度。另外，通过第一预设要求和第二预设要求分别对谐振峰的宽度和深度进行限定，当谐振峰随目标温度范围内的温度变化发生偏移时，能够提高测温的精度。另外，通过检测第一波长区间是否位于检测范围能够确认第一光纤光栅在目标温度范围内的温度变化时谐振峰是否在检测范围内偏移，从而便于通过采集装置对测温结果进行检测。
6、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，检测所述第一波长区间是否位于所述检测范围的方式包括：对所述第一光纤光栅进行标定。在这种情况下，能够获取谐振峰的中心波长的偏移量与温度变化量的对应关系，基于该对应关系能够提高制备第一光纤光栅的便捷性。另外，通过对第一光纤光栅进行标定，能够提高第一光纤光栅测温的精度。
7、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，调节各条所述光栅线的间隔以使所述谐振峰的宽度符合所述第一预设要求，调节所述光栅线的粗细和/或多条所述光栅线的总长度以使所述谐振峰的深度符合所述第二预设要求。由此，能够便于分别对谐振峰的宽度和深度进行调节。
8、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，对光纤进行刻写以制备所述第二光纤光栅，制备所述第二光纤光栅包括：通过飞秒激光沿着光纤的轴向在光纤的纤芯刻写多个间隔递增或递减的光栅点。在这种情况下，通过飞秒激光刻写光栅点以制备第二光纤光栅，能够提高制备第二光纤光栅的灵活性和精确性。
9、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，制备所述第二光纤光栅还包括：基于所述第二光纤光栅的预设灵敏度获取所述反射光谱在所述目标温度范围的偏移量，基于所述第一波长区间和所述偏移量获取所述反射光谱的初始带宽；并且基于所述初始带宽和所述预设灵敏度确定刻写所述第二光纤光栅的刻写参数。在这种情况下，在制备第二光纤光栅时，通过理论计算的方式确定刻写第二光纤光栅的刻写参数，能够提高制备第二光纤光栅的合格率和便捷性。
10、另外，在本公开第一方面所涉及的制备方法中，可选地，在光纤的同一端连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种级联型光纤光栅传感器的制备方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
10.一种光纤光栅传感器，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种级联型光纤光栅传感器的制备方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：安国文，王毅將，贾平岗，王海洋，杨建军，刘佳，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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