【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感器，具体涉及基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法及传感器。
技术介绍
1、近年来，光纤传感器受到学术界的广泛研究。基于光纤的传感器主要包括光纤干涉仪(mzi)、光纤布拉格光栅(fbg)、长周期光纤光栅(lpfg)。其中lpfg具有结构简单，易于制作，重复性好等优势，被广泛用于温度，折射率，弯曲，应变，扭转等物理参数的测量。
2、基于lpfg的扭转传感器已经广泛用于桥梁结构健康监测，当单侧车辆通过时，桥梁会发生微小的扭转，此时可以通过观察扭转引起的谐振波长变化幅度，来评估桥梁结构健康的状态。其中谐振波长的变化幅度代表了扭转灵敏度。目前基于lpfg的扭转灵敏度还需要得到进一步提升。
3、为了提升扭转传感灵敏度，许多研究团队提出了基于lpfg扭转传感器的制作方法和特殊结构。例如，有方案提出使用飞秒激光在单模光纤单侧刻槽制作lpfg，该方案的扭转传感灵敏度最高可以达到181.7pm(rad/m)。有方案提出在不同基准面分段刻槽制作segmented-lpfg，该方案通过在单模光纤不同基准面打槽引入线双折射，扭转传感灵敏度最高可以达到0.3nm/(rad/m)。然而，上述方案的制作思路都是通过在传统单模光纤的单侧或者多侧进行折射率调制，虽然达到了提升灵敏度的效果，但是未能在单模光纤内有效引入扭曲力。
4、针对引入扭曲力的问题，有方案提出用光纤熔接机扭曲单模光纤制备螺旋型lpfg扭转传感器，扭转灵敏度达到0.085nm/(rad/m)。有方案提出使用fujik-ura熔接机对
5、针对增加线双折射的问题，有方案提出先扭转传统单模光纤三圈再用co2激光器进行侧抛，制作完成后释放扭转，形成侧螺旋抛光结构，该方案制作的传感器灵敏度最高可达0.199nm/(rad/m)。有方案提出分步扭转的间歇螺旋结构，该方案制作的传感器灵敏度最高可达0.15nm/(rad/m)。有方案提出先将传统单模光纤预扭转540°，再用co2激光器刻v槽，形成类似螺旋形结构，该方案制作的传感器灵敏度最高可达0.654nm/(rad/m)。上述方案通过先施加预扭曲力，再使用co2激光器刻槽来固定扭曲力和增加线双折射。然而，上述方案虽然实现了线双折射和扭曲力的同时引入，但由于使用的是熔接机或co2激光器，这类机器都是对光纤部分区域进行折射率调制，固化的扭曲力不够大。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，通过氢氧火焰加热和旋转制备旋转单模光纤，固化了大量扭曲力；同时对旋转单模光纤进行旋转和刻蚀凹槽，增大引入的线双折射和圆双折射，进而增大椭圆双折射，使得扭转时谐振波长的漂移量增加，从而提高lpfg扭转传感器的扭转灵敏度。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，包括：
4、s1：获取单模光纤，通过旋转夹具夹持固定单模光纤的两端；
5、s2：通过氢氧火焰加热单模光纤，同时通过旋转夹具带动单模光纤的两端分别进行顺时针和逆时针的旋转；
6、s3：达到预设时间后，停止氢氧火焰加热并释放单模光纤的两端，得到旋转单模光纤；
7、s4：夹持旋转单模光纤的两端，在旋转单模光纤上刻蚀第一组凹槽调制区；一组凹槽调制区包括若干个凹槽；
8、s5：控制旋转单模光纤的两端同时旋转预设角度，在旋转单模光纤上刻蚀第二组凹槽调制区；
9、s6：控制旋转单模光纤的两端进行反向旋转以还原至初始状态，得到具有若干个凹槽的lpfg扭转传感器。
10、优选的，步骤s2中，氢氧火焰的火焰宽度设置为1cm-2cm，氢气流量设置为180sccm-200sccm。
11、优选的，步骤s2中，旋转夹具带动单模光纤旋转时的旋转速度设置为10000μm/s-11000μm/s。
12、优选的，步骤s3中，预设时间为4s-6s。
13、优选的，步骤s3中，旋转单模光纤中存在由于氢氧火焰加热而固化的残余扭曲力；
14、残余扭曲力的公式表示为：
15、r0＝2τ/l0；
16、式中：r0表示残余扭曲力；τ表示初始扭曲力；l0表示单模光纤被夹持时两端之间的距离。
17、优选的，步骤s4中，通过co2激光器在旋转单模光纤上刻蚀凹槽；
18、co2激光器的功率设置为38％-40％，最大输出功率设置为30w。
19、优选的，步骤s4中，一组凹槽调制区包括15个宽300μm的凹槽，两个凹槽之间的间距为500μm。
20、优选的，步骤s5中，预设角度设置为10°-350°。
21、优选的，步骤s7中，lpfg扭转传感器的共振波长表示为：
22、
23、式中：表示lpfg扭转传感器的共振波长；表示初始波长；表示纤芯有效折射率；表示包层有效折射率；λ表示光栅周期；分别表示光栅纤芯和包层模的有效折射率。
24、本专利技术还公开了一种lpfg扭转传感器，其是基于本专利技术中基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法制备得到的lpfg扭转传感器。
25、本专利技术中基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
26、本专利技术在旋转单模光纤的制作过程中，通过氢氧火焰加热快速扭转单模光纤，对光纤施加大量的螺旋扭转力，虽然制作完成后将光纤释放回原状态释放了一部分扭曲力，但是大部分扭曲力由于高温加热固化在光纤中，即旋转单模光纤中固化了大量的残余扭曲力。其中残余扭曲力将产生大量圆双折射。
27、本专利技术在制备得到旋转单模光纤的基础上，通过在旋转单模光纤的不同方位角上刻蚀凹槽来制备lpfg扭转传感器，这种刻蚀方式使得能够通过增加凹槽的分布面来最大程度破坏光纤的圆对称性，在不同方位角上进行非对称折射率调制，从而增大引入的线双折射，当光纤发生扭转时，由增大的线双折射和圆双折射相互作用合成椭圆双折射即增大了椭圆双折射，使得扭转时谐振波长的漂移量增加，从而提高后续lpfg扭转传感器的扭转灵敏度。
28、综上所述，本专利技术通过氢氧火焰加热和旋转制备旋转单模光纤，固化了大量扭曲力；同时对旋转单模光纤进行旋转和刻蚀凹槽，增大引入的线双折射和圆双折射，进而增大椭圆双折射，使得扭转时谐振波长的漂移量增加，从而提高lpfg扭转传感器的扭转灵敏度。同时可以通过lpfg扭转传感器的共振波长移动量和变化幅值判断扭转方向。
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1.基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S2中，氢氧火焰的火焰宽度设置为1cm-2cm，氢气流量设置为180SCCM-200SCCM。
3.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S2中，旋转夹具带动单模光纤旋转时的旋转速度设置为10000μm/s-11000μm/s。
4.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S3中，预设时间为4s-6s。
5.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S3中，旋转单模光纤中存在由于氢氧火焰加热而固化的残余扭曲力；
6.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S4中，通过CO2激光器在旋转单模光纤上刻蚀凹槽；
7.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S4中，一组
8.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S5中，预设角度设置为10°-350°。
9.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤S7中，LPFG扭转传感器的共振波长表示为：
10.一种LPFG扭转传感器，其特征在于：其是基于权利要求1中所述的基于旋转单模光纤的LPFG扭转传感器制备方法制备得到的LPFG扭转传感器。
...【技术特征摘要】
1.基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤s2中，氢氧火焰的火焰宽度设置为1cm-2cm，氢气流量设置为180sccm-200sccm。
3.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤s2中，旋转夹具带动单模光纤旋转时的旋转速度设置为10000μm/s-11000μm/s。
4.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤s3中，预设时间为4s-6s。
5.如权利要求1所述的基于旋转单模光纤的lpfg扭转传感器制备方法，其特征在于：步骤s3中，旋转单模光纤中存在由于氢氧火焰加热而固化的残余扭曲力；
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【专利技术属性】
技术研发人员：党随虎，康建阳，白云峰，王远翀，李鹏，李远照，王锦喜，张晔，
申请(专利权)人：长江师范学院，
类型：发明
国别省市：
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