【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感器，具体为一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺与测试方法。
技术介绍
1、熔融拉锥法是制备石英锥形光纤的主要方法，同样的方法也可应用于制备锥形聚合物光纤；然而，由于聚合物光纤具有较低的软化温度和狭窄的软化温度范围，因此对加热温度和拉伸力度的精确控制较为困难。
2、目前，不同类型的光纤拉锥工艺在制备锥形光纤时各有特点，比如火焰拉锥工艺相对简单且适用于各种材料，但难以精准控制的温度，可能对光纤材料造成损伤，受热不均匀的圆柱形光纤在不同方向的机械性能会有差异，影响锥形光纤的性能；电拉锥工艺能够迅速制备微细锥形光纤，但需要专用设备和高电压；激光拉锥工艺具有高度精确的控制和广泛的材料适用性，但需要专业技能和设备，可能需要更高的成本。
技术实现思路
1、（一）解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺与测试方法，通过选用硅橡胶涂层的玻璃纤维加热布为热源，并将该纤维布制成圆筒型加热部件，且两层玻璃纤维布之间均匀排布镍铬合金发热丝，能够提供250℃以下稳定均匀稳定的热源，可以减缓了聚合物光纤在加热交接处强烈温度变化，可避免光纤产生包层与纤芯分离甚至包层断裂的风险，解决了传统的火焰熔融拉锥方法对圆柱形光纤不均匀加热，受到不均匀加热的圆柱形光纤在不同方向的机械性能会有差异，影响锥形光纤性能的问题。
3、（二）技术方案
4、为实现上述的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高灵敏锥形光纤传
5、s1、将锥形光纤的倏逝耦合区域弯曲缠绕在定制的半径为3.183mm的圆柱体模具上，使用耐高温胶带固定弯曲位置，用亚克力板固定圆柱体距离及位置；
6、s2、将固定好锥形光纤及模具放在恒温加热台上进行低温加热定型，加热温度90℃，加热时长30min；
7、s3、将定型之后的光纤取出，将两根弯曲锥形光纤与双层0.4mm厚度的tpu在120℃温度下热压20s，制备不同排列结构的光纤传感器样品；传感器接通光源后，能看到耦合光纤的输出端口接收到光；
8、s4、将多出tpu之外的光纤尾纤采用黑色热塑管封装，打磨两根光纤的端口采用树脂胶与fc接口连接，制备完成光纤传感器。
9、优选的，所述s1中模具材质为abs标准圆柱体，使用温度范围在0℃-120℃。
10、优选的，所述s3中tpu两端均粘合双层无弹面料，且tpu为高弹性热塑性聚氨酯膜。
11、优选的，所述s1中锥形光纤的拉锥方法，包括以下步骤：
12、s1、标记光纤熔融拉伸区域：采用定长拉伸法制备锥形光纤，首先取一段长度为40cm的光纤，定位中间加热10cm区域，加热区域两端贴上定位标签，使用光纤剪刀将光纤的两端修剪；
13、s2、在室温26度下，将光纤悬空放到加热筒中央，使所处于温度场的光纤受热均匀，再光纤两端被嵌入到磁吸式光纤翻盖夹具的凹槽中，其中一边的伸缩支架固定在平移台上；
14、s3、启动温控器，加热管加热至设定温度，并等待达到预定的加热时长之后，启动平移台按照设定的拉伸距离匀速拉伸，拉伸速度脉冲值固定为2000hz，速度0.25mm/s；
15、s4、拉伸结束后，关闭温控器，待加热管冷却至室温，打开夹持仪器，取出拉好的锥形光纤。
16、优选的，所述s1中的光纤为多模聚合物光纤，纤芯材质为聚甲基丙烯酸甲酯，折射率n1为1.492，纤芯直径485±25um，包层材质为氟树脂，折射率n2=1.417，包层直径500±25um。
17、一种用于测试高灵敏锥形光纤传感器的测试方法，包括以下步骤：
18、s1、将传感器两个端面打磨后，通过裸纤适配器与光源、光探测器连接；且光源和探测器分别固定在高精度升降台上，一端的升降台与高精度平移台固定；高精度平移台由电机控制拉伸速度和拉伸距离，光探测器与计算机的光功率计应用软件 bpm连接，实时监测光功率变化；
19、s2、将光纤传感器固定在两端水平的升降台上，保持光纤传感器处于自然伸直但不伸长状态，固定传感器弹性长度为5cm，记录传感器初始耦合光强；
20、s3、通过高精度平移台设置的步进电机以固定速度进行拉伸，在每次拉伸后记录光功率软件监测到的传感器输出光功率，通过记录的输出光功率即可了解光纤传感器测试结果；
21、s4、通过高精度平移台中步进电机采用恒定速度对传感器进行重复性的往复拉伸测试，了解对应的拉伸应变距离的数值。
22、优选的，所述s3中的拉伸方式为：以0.25mm/s固定速度进行拉伸，且拉伸距离以1mm为单位依次递增，总拉伸长度为20mm。
23、优选的，所述s3中高精度平移台由步进电机设定的0.25mm/s恒定速度，时长10min的往复运动，分别对传感器施加5%、10%、15%、20%的应变百分比，对应的拉伸应变距离依次为2.5mm、5mm、7.5mm、10mm。
24、（三）有益效果
25、与现有技术相比，本专利技术提供了一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺与测试方法，具备以下有益效果：
26、1、本专利技术通过选用硅橡胶涂层的玻璃纤维加热布为热源，并将该纤维布制成圆筒型加热部件，连接智能数显温控仪，硅胶布是耐高温、防腐、高强的玻璃纤维布，两层玻璃纤维布之间均匀排布镍铬合金发热丝，能够提供250℃以下稳定均匀稳定的热源，可以减缓了聚合物光纤在加热交接处强烈温度变化，可避免光纤产生包层与纤芯分离甚至包层断裂的风险，解决了传统的火焰熔融拉锥方法对圆柱形光纤不均匀加热，受到不均匀加热的圆柱形光纤在不同方向的机械性能会有差异，影响锥形光纤性能的问题。
27、2、本专利技术通过分别截取10min内前后30s区间内传感器的耦合光功率归一化曲线，可以看出传感器在重复拉伸测试中能够保持较稳定的应变响应，随着往复拉伸应变量的增加，响应波形间隔的幅度有一定的增加，符合实际应用中个体深呼吸时增加身体围度变化，呼吸频率减缓的场景。
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1.一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于：所述S1中模具材质为ABS标准圆柱体，使用温度范围在0℃-120℃。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于：所述S3中TPU两端均粘合双层无弹面料，且TPU为高弹性热塑性聚氨酯膜。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于：所述S1中锥形光纤的拉锥方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺与测试方法，其特征在于：所述S1中的光纤为多模聚合物光纤，纤芯材质为聚甲基丙烯酸甲酯，折射率n1为1.492，纤芯直径485±25um，包层材质为氟树脂，折射率n2=1.417，包层直径500±25um。
6.一种用于测试如权利要求1-3任一项所述的高灵敏锥形光纤传感器的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的测试方法，其特征在于
8.根据权利要求6所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的测试方法，其特征在于：所述S3中高精度平移台由步进电机设定的0.25mm/s恒定速度，时长10min的往复运动，分别对传感器施加5%、10%、15%、20%的应变百分比，对应的拉伸应变距离依次为2.5mm、5mm、7.5mm、10mm。
...【技术特征摘要】
1.一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于：所述s1中模具材质为abs标准圆柱体，使用温度范围在0℃-120℃。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于：所述s3中tpu两端均粘合双层无弹面料，且tpu为高弹性热塑性聚氨酯膜。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺，其特征在于：所述s1中锥形光纤的拉锥方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种高灵敏锥形光纤传感器的制备工艺与测试方法，其特征在于：所述s1中的光纤为多模聚合物光纤，纤芯材质为聚甲基丙烯酸甲酯，折射率n1为1.492，纤芯直...
【专利技术属性】
技术研发人员：许君，郝天煦，张诚，李婷，李新荣，蒋蕾，刘雍，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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