新型光纤温度传感器

合集下载

光纤温度传感器

光纤温度传感器

光纤温度传感器一、引言光纤温度传感器是一种利用光纤作为传感元件的温度检测设备。

光纤温度传感器的工作原理是基于光纤敏感元件对温度变化的响应,通过测量光纤中的光信号参数来实现对温度的监测和测量。

光纤温度传感器具有结构简单、抗干扰能力强、长距离传输等特点,在工业、科研等领域得到了广泛应用。

二、工作原理光纤温度传感器的工作原理主要基于光纤的热光效应和光纤长度的温度特性。

当光纤受到温度变化时,光纤的折射率会发生变化,从而引起光纤中光信号参数的变化。

利用这种变化,通过检测光信号的特定参数,可以实现对温度的监测和测量。

三、应用领域光纤温度传感器在温度监测领域有着广泛的应用。

其应用领域包括但不限于:1.工业领域:光纤温度传感器可用于工业生产中对温度的监测和控制,如对炉温、熔炼温度等进行实时监测。

2.科研领域:在科研实验中,光纤温度传感器可以准确地监测实验环境中的温度变化,为科学研究提供数据支持。

3.环境监测:光纤温度传感器也可以用于环境温度监测,如对水体温度、土壤温度等的监测。

四、发展趋势随着科学技术的不断发展,光纤温度传感器在精度、便携性、应用范围等方面都将不断提升。

未来,光纤温度传感器有望在医疗、航天等领域得到更广泛的应用,为各行各业提供更为精准和高效的温度监测解决方案。

五、结论光纤温度传感器作为一种新型的温度检测设备,具有结构简单、抗干扰性强等优点,为工业、科研、环境监测等领域提供了实时、准确的温度监测方案。

未来随着技术的不断创新,光纤温度传感器的应用范围将进一步扩大,为人类社会的发展进步带来更多便利和可靠性。

光纤传感器的实际应用案例及操作指南

光纤传感器的实际应用案例及操作指南

光纤传感器的实际应用案例及操作指南光纤传感器作为一种基于光和光纤技术的传感器,具备高精度、高灵敏度、抗干扰等优点,广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。

本文将介绍几个光纤传感器的实际应用案例,并提供操作指南,帮助读者更好地了解和使用光纤传感器。

一、光纤温度传感器在工业监测中的应用光纤温度传感器可以实时、精确地监测物体的温度变化,广泛应用于工业生产中的温度监测和控制。

它适用于高温、低温、高压等极端条件下的温度测量,并具备抗干扰和耐腐蚀的特点。

例如,在钢铁冶炼过程中,通过将光纤温度传感器安装在炉内,可以实时监测炉温的变化,从而控制冶炼过程的温度,提高生产效率和产品质量。

使用光纤温度传感器的操作指南如下:1. 确保光纤传感器的光路通畅,没有断裂或弯曲。

2. 精确地连接光纤传感器和测量设备,保持信号的稳定传输。

3. 根据实际需求选择适合的光纤温度传感器型号,考虑测量范围、耐温度变化、抗干扰能力等参数。

4. 在使用前进行校准,在标准温度下将传感器的读数与已知的温度值进行比对。

5. 在安装过程中注意保护光纤温度传感器,避免物理损坏。

二、光纤加速度传感器在航空航天和汽车制造中的应用光纤加速度传感器是通过测量物体的加速度来获取运动状态及振动信息的传感器。

它具有高精度、高灵敏度、抗干扰等特点,在航空航天和汽车制造等领域被广泛应用。

例如,在航空航天领域,光纤加速度传感器可以用于飞行器的振动监测和结构健康监测,从而提高航空器的安全性和稳定性。

在汽车制造领域,光纤加速度传感器可以用于汽车零部件的振动测试和质量控制,从而提高汽车的性能和寿命。

使用光纤加速度传感器的操作指南如下:1. 确保传感器与被测物体之间的连接牢固可靠。

2. 选择适当的测量范围和灵敏度,根据实际应用需求进行调整。

3. 在使用前进行校准,确保传感器的读数准确可信。

4. 避免在高温、高湿等极端环境下使用,以防影响传感器的性能和寿命。

5. 定期进行维护和保养,及时更换损坏或老化的传感器部件。

光纤式温度传感器的设计

光纤式温度传感器的设计

光纤式温度传感器的设计光纤式温度传感器又被称为光纤温度计,是一种利用光纤技术来测量温度的传感器。

相比传统的热电偶和热敏电阻等温度传感器,光纤式温度传感器具有响应速度快、抗干扰能力强、耐高温性能好等优点,因此在工业自动化、电力系统、航空航天等领域得到广泛应用。

本文将详细介绍光纤式温度传感器的设计原理和实现方法。

光纤式温度传感器的设计原理主要基于光纤的热致发光效应和光纤光衰减的温度依赖特性。

当光纤受热时,光纤的折射率会发生变化,进而引起光纤信号的衰减。

利用这一原理,可以通过测量光纤信号的强度变化来确定环境的温度。

具体而言,光纤式温度传感器的设计包括传输光源、光纤传输介质、光纤传感部分和信号接收部分等几个关键组成部分。

传输光源通常采用光电二极管、激光二极管或LED等,经过滤波装置过滤出特定波长的光信号。

光纤传输介质一般选用具有低光损耗和高耐温性能的光纤。

光纤传感部分是光纤式温度传感器的核心部分,通常采用光纤光栅、光纤圈漂移或光纤布里渊散射等结构。

这些传感部分中,光纤光栅是目前应用最广泛的一种,其主要原理是通过光纤中周期性的折射率调制来实现传感。

在信号接收部分,光纤传感信号经过光电二极管、光电探测器等转换为电信号,并经过滤波、放大等处理得到温度信号。

同时,为了降低传输过程中的噪声干扰,还可以采用差分放大电路和滤波电路等技术手段。

实现光纤式温度传感器的设计需要考虑以下几个关键问题:首先是光纤的选择。

由于光纤是传输光信号的介质,其光损耗和耐温性能对传感器的性能有很大影响。

因此,在选择光纤时需要综合考虑其损耗特性、折射率温度依赖性、耐温性能等因素。

其次是光纤传感部分的设计。

光纤光栅、光纤圈漂移和光纤布里渊散射等传感结构都有自己的特点和适用范围,需要根据具体的应用场景进行选择。

另外,为了提高传感器的精度和稳定性,还需要考虑温度校准和补偿技术。

通过在不同温度下对传感器进行标定,可以建立温度与光信号强度之间的关系,并利用补偿算法对测量结果进行修正。

光纤温度传感器的研究和应用

光纤温度传感器的研究和应用
光纤温度传感器的研究和应用
01 引言
03 应用场景 05 结论
目录
02 原理与技术 04 研究方法与成果 06 参考内容
引言
随着科学技术的发展,传感器在各个领域的应用越来越广泛。其中,光纤温度 传感器作为一种高灵敏度、高分辨率的传感器,引起了人们的广泛。光纤温度 传感器基于光纤传感技术,通过测量光纤中光的干涉效应或传输特性来推导被 测温度场的分布情况,具有抗干扰能力强、稳定性高、响应速度快、测量范围 广等优点。本次演示将从原理与技术、应用场景、研究方法与成果、结论等方 面介绍光纤温度传感器的研究和应用。
光纤温度传感器的主要技术包括光纤传感技术、光学信号处理技术和计算机技 术等。其中,光纤传感技术是光纤温度传感器的核心,包括干涉仪、光纤 Bragg光栅、光纤F-P腔等。这些技术可以实现对光的干涉、反射、透射等特 性的测量,从而实现温度的测量。
光学信号处理技术则包括光路准直技术、光调制技术、信号解调技术等,可以 对光学信号进行处理和解析,提高测量的准确性和稳定性。计算机技术则用于 实现数据采集、处理和输出等功能,使传感器具有更好的可操作性和可维护性。
3、生物医学:在医疗领域,光纤温度传感器可用于实时监测病患的体温变化, 为医生提供准确的诊断依据。
4、环境监测:在环境监测领域,光纤温度传感器可用于监测土壤、水质、空 气等环境参数的变化,为环境保护提供数据支持。
优势分析
光纤温度传感器相比传统温度传感器具有以下优势:
1、测量精度高:由于光纤对温度的敏感性,光纤温度传感器可以实现高精度 的温度测量。
近年来,随着计算机技术和数值计算方法的不断发展,仿真研究在光纤温度传 感器的研究中越来越受到重视。研究人员通过建立精细的光纤温度传感器模型, 对各种影响其性能的因素进行全面分析,并开展大量的优化设计工作,取得了 一系列重要的研究成果。例如,研究人员通过对光纤传感器的优化设计,成功 提高了其测量准确度和稳定性;同时,还探究了不同环境因素对光纤温度传感 器性能的影响,为实际应用提供了重要的参考依据。

基于光纤传感技术的温度传感器设计与制作

基于光纤传感技术的温度传感器设计与制作

基于光纤传感技术的温度传感器设计与制作随着科技的发展,光纤传感技术在各行各业中被广泛应用。

光纤传感技术的优势在于对环境的侵扰小、可靠性高,同时具有灵敏度高、线性好等特点,可以实现对各种参数的高精度测量。

其中之一的应用就是温度传感技术。

基于光纤传感技术的温度传感器不仅可以实现高精度测量,还具有抗干扰能力强等优势,成为工业领域中常用的一种传感技术。

一、基本原理及光纤温度传感技术的特点基于光纤传感技术的温度传感器原理是利用光纤的光学特性,将传感器与被测物体相连,当被测温度发生变化时,通过光纤的传输,产生不同的光学信号,通过分析这些信号的变化,即可得到被测物体的温度值。

与传统温度测量技术相比,基于光纤传感技术的温度传感器具有以下特点:1. 高精度:光纤传感技术可以实现高精度的温度测量,达到0.1℃的测量精度。

2. 可靠性高:光纤传感器不易受到电磁波等外部干扰,具有较高的抗干扰能力,并且可以在高温和高压的环境下正常工作。

3. 多路传感:光纤传感技术可以实现多路温度传感,一个系统中可以同时测量不同位置的温度。

4. 线性优良:基于光纤传感技术的温度传感器具有线性好的特点,可以实现稳定的测量结果。

5. 远程监控:基于光纤传感技术的温度传感器可以实现远程监控,可以将多个传感器的数据通过网络传输到控制中心,方便管理和处理。

二、基于光纤传感技术的温度传感器设计方案1. 光纤传感层设计传感层是光纤传感器的关键结构,主要包括光纤、保护层、镀金层和高温隔离层。

在选用光纤时,需要选择具有高纯度、高抗拉强度、低吸水率的光纤。

保护层主要是为了保护光纤免受外部损伤,一般采用耐腐蚀性能较好的镀铝层或氧化锌保护膜。

高温隔离层主要用于隔离光纤传感层和被测物体之间的温度,同时也起到保护光纤不受高温侵袭的作用。

2. 光纤耦合器设计光纤耦合器主要用于将光纤传感层中的光信号转换成电信号,以方便后续的数据处理。

光纤耦合器包括探头、光耦合引线、探头基座和分光器。

光纤传感器在温度测量中的应用

光纤传感器在温度测量中的应用

光纤传感器在温度测量中的应用随着现代科技的不断进步,各行业对于温度测量的要求也越来越高。

而传统的温度测量方式,例如电阻温度计、热电偶等,存在着不可避免的缺陷,例如响应速度慢、易受干扰等。

而光纤传感器作为一种新兴的温度测量方式,已经被成功应用于各种领域,具备着响应速度快、准确度高的特点。

本文将介绍光纤传感器的原理、优点、应用范围以及未来发展趋势。

一、光纤传感器的原理光纤传感器的测量原理基于光学方法,将物理量传递到光学传感器中进行测量,使得测量结果具有高精度、高稳定性和高灵敏度。

在温度测量中,光纤传感器通过利用光纤对温度的敏感性来进行温度测量的。

在光纤传感器中,光纤起到的是光载体的作用。

一般情况下,光纤采用单模光纤,即只允许一条光路通过。

当光路通过光纤,由于光纤材料的物理性质,光路本身会发生一定程度的变化,例如反射、散射、吸收和干扰等。

这些变化的过程也是光纤传感器测量温度的基本原理。

具体实现过程是:把一个光源串接到一根光纤上,选择电磁波频段为红外或可见光,把电磁波沿光纤传递,使之经过一个空气、液体或固体样品。

样品和光线的交互作用将影响光的折射率,这导致光有一部分发生反射或散射,导致在光源端或末端出现干扰信号。

通过分析这些信号,并结合一定的理论计算,就可以得到样品的温度值。

二、光纤传感器的优点与传统的温度测量方式相比,光纤传感器具有以下优点:1. 响应速度快:光纤传感器响应速度快,适用于需要实时监测的场合。

2. 准确度高:光纤传感器在测量温度时具有更高的准确度和精度,可以达到精确到0.01°C的级别。

3. 不易受干扰:光纤传感器适用于较为复杂的环境,具有优异的抗干扰能力。

4. 可远距离监测:光纤传感器可以进行长距离信号传输,可对远离的位置进行测量。

5. 安全性高:光纤传感器可采用不含重金属的材料制成,具有安全性高的特点。

三、光纤传感器的应用范围光纤传感器的应用范围广泛,特别是在液态金属冶炼、石油钻探、核能安全、环境监测等需求高精度、高稳定性的领域中,其应用尤为广泛。

(完整版)光纤光栅温度传感器

(完整版)光纤光栅温度传感器
探测系统 ❖ 中石化茂名石化分公司油罐消防监测 ❖ 中石化青岛炼油厂 ❖ 首都钢铁股份有限公司焦化变电站温度监测系统
应用前景
光纤光栅具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、集传感与传输 于一体、易 于埋到材料内部;
具有波长分离能力强、长期稳定性好、传感准确度和灵敏度极高;
可实现远距离和分布式传感,易于集成分布传感网络系统;
可广泛应用于航空航天、土木工程、复合材料、石油化工等领域;
对工程结构的应力、应变、温度,以及结构蠕变、裂缝、整体性等结构 参数的实时在线监测,实现对结构内多目标信息的监控和提取;
依据安装环境定制各种不同用途的传感器,实现多参量多、远距离、同
一仪器监测的“物联网”技术。
传感器出厂时对应唯T0 一的温度系数 T ;传感器安装后记录环境初始温度
和传感T0 器初始波长值 ,并将T0该温度值及初始波长值记录于解调仪作为起 始值。今后传感器每一个波长值对应环境一个温度值。
温度传感器技术数据
温度监测:
光纤光栅温度传感器置于被测环境中,监测环境 温度的变化,并对预设温度极限进行报警。
❖ 电力方面 电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位 电缆隧道、夹层的火情监测 发电厂和变电站的温度监测、故障点的检测和火灾报警 (原理:高压线等腐蚀点、接触不良故障点由于电阻偏大,温度异常)
❖ 水利土木方面 大坝、河堤的渗漏(渗漏点温度异常) 大坝、河堤、桥梁的混凝土凝固与养护温度
工程案例
❖ 国家游泳中心—水立方 ❖ 胜利油田CB32A海洋平台 ❖ 秦皇岛热电厂开关柜温度监测 ❖ 安钢动力厂电缆温度监测系统 ❖ 中石油新疆独山子/塔里木石化油罐群感温火灾
温度/℃
温度曲线
100
y = 26.847x - 41204

光纤光栅温度传感器原理及应用

光纤光栅温度传感器原理及应用

光纤光栅温度传感器原理及应用嘿,朋友们!今天咱来聊聊光纤光栅温度传感器,这玩意儿可神奇啦!你看啊,这光纤光栅温度传感器就像是一个超级敏感的小侦探。

它是咋工作的呢?简单来说,就是利用了光纤光栅对温度变化特别敏感的特性。

就好比人对自己喜欢的东西特别在意一样,温度一变,它立马就能察觉到。

想象一下,在一些高温或者低温的环境里,普通的传感器可能就有点扛不住啦,但光纤光栅温度传感器可不一样,它就像个顽强的小强,啥恶劣环境都能应对自如。

它能在各种复杂的场景中准确地测量温度,是不是很厉害?那它都能用在啥地方呢?这可多了去了!比如说在工业领域,那些大型的机器设备运行的时候,温度可是个关键指标啊,有了它就能随时监控温度,确保设备正常运行,这就像给机器请了个专门的健康顾问。

还有啊,在一些科研实验中,要求温度测量得特别精确,这时候光纤光栅温度传感器就派上大用场了,它能提供超级准确的数据,帮助科学家们取得更好的研究成果,那可真是功不可没呀!在日常生活中,它也能发挥作用呢。

比如说在一些特殊的场合,像博物馆啊,对温度要求很高,它就能帮忙把温度控制得恰到好处,保护那些珍贵的文物。

它就像是一个默默守护的卫士,不声不响地做着重要的工作。

而且啊,它还有个很大的优点,就是不容易受到干扰。

不像有些传感器,稍微有点干扰就不准确了。

它可稳定啦,就像一座稳稳的山。

咱再来说说它的安装和使用。

其实也不难啦,只要按照说明书一步一步来,一般人也能搞定。

不过可得细心点哦,毕竟这是个高科技的玩意儿。

总之呢,光纤光栅温度传感器真的是个很了不起的发明。

它让我们对温度的测量和控制变得更加容易和准确。

有了它,我们的生活和工作都变得更加安全和可靠啦!它就像一把神奇的钥匙,打开了温度测量的新世界大门,让我们能更好地了解和掌控周围的世界。

难道不是吗?。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

电磁场与微波技术孟强200911718新型光纤传感器本文主要介绍了晶体吸收式光纤温度传感器(半导体吸收式温度传感器)和折射率传感器(以飞秒激光脉冲在单模光纤中钻微孔来测量折射率的一篇文献来说明)。

1、晶体吸收式光纤温度传感器1-1、概述晶体吸收式光纤温度传感器是利用半导体晶体的光吸收与温度的依赖关系制作的温度传感器,体积小,成本低。

利用砷化镓晶片吸收光谱随温度变化的特性实现温度的实时测量。

该项产品具有不受电磁干扰,瞬时响应,测温精确等特点,可广泛应用于油田、油库、电力系统、大型粮仓、化工、印染等一些易燃、易爆和无法通过常规电测量方式进行温度监控的场所,有效地解决了在复杂、特殊环境条件下的实时温度监控问题。

基于砷化镓晶体光谱吸收特性而成功研制的晶体吸收式光纤温度传感器,测量精度高,响应时间快;项目采用光纤分光技术,降低了对光源稳定度的要求,使传感器更加实用、稳定;该传感器采用微型光纤准直器,有效地减小了测温探头的体积。

1-2、基本原理下面介绍下晶体吸收型光纤温度传感器的测温原理信号控制分析器中的光源发出多重波长的白光,通过光纤连接器传输到感应器。

感应器由一根多模光纤(表面由两层耐用的PTFE包裹),光纤末端有一个砷化镓的晶体。

晶体吸收式温度传感器是利用半导体材料的吸收光谱随温度变化的特性实现的。

当温度变化时,透过半导体材料的光强将发生变化,输出电压也将发生变化。

只要检测出输出电压的大小,即可得出对应的温度量,从而求出被测温度。

下图为一定范围内相对光强与温度的关系1-3、系统设计1-3-1、系统结构半导体吸收型光纤温度传感器系统结构如图2所示。

包括发光管稳流电路,半导体发光二极管,传输光纤,半导体温度探头,光探测器以及前置放大电路和低通滤波器。

发光稳流电路驱动发光二极管发光,测量光经过光纤进入温度探头,探头中砷化镓材料对光有吸收作用,其透过光强与温度有关,经光纤传输后,由光电探测器检测,经信号放大,滤波后输出。

半导体发光二极管采用红外发光二极管。

红外发光二极管有两种驱动方式,即直流和脉冲驱动。

我们采用直流驱动方式。

光电检测器采用光电二极管。

为了精确测量数十皮安级的光电二极管电流,运算放大器的偏流不应大于数皮安。

所以本方案采取AD820作为运算放大器。

AD820运算放大器:正常工作时,输入电流极小,均在皮安级,故采用本运放。

前置放大器放大器:前置放大器放大输入的信号,比如通过麦克风拾取的声音信号,由于它比较弱,需要先被放大到一定的电平才可以到其它级上。

通常前置具有较高的电压增益,可以将小信号放大到标准电平上。

引入双光源目的:利用GaAS半导体材料作为温度敏感元件,组成传感头部分;采用双光源系统,引入参考光源,有效消除了由于光纤间的连接所产生的微小轴向或横向位移误差对测量结果的影响,大幅度提高了系统的稳定性。

温度探头是传感系统的核心部分,由半导体材料GaAs制作,其厚度约100nm,两边抛光,镀增透膜,温度探头的结构是入射光通过光纤投射到半导体片上,在硅片背面再由光纤采集透过半导体片的出射光信号,探头结构如图3所示。

1-3-2、系统特点本设计采用了两个光源,一只是铝镓砷发光二极管(波长为2λ),另一只是铟镓磷砷发光二极管(波长为2λ)。

敏感头对1λ光的吸收随温度而变化,对2λ光不吸收,故取2λ光作为参考信号。

用雪崩二极管作光探测器。

经采样放大器后,得到两个正比于脉冲高度的直流信号,再由除法器以参考光信号2λ为标准将与温度相关的光信号1λ归一化。

于是除法器的输出只与温度F相关,采用单片机信息处理即可显示温度。

双光源对比系统与单通路系统的不同之处在于增加了一条参考光源,以及相应的光路控制电路。

AIGaAs发光二极管的峰值波长基本上在800nm--900nm之间,处于GaAs吸收波长变化的范围之内。

而InGaAsP发光二极管的峰值大于1200nm,处于GaAs吸收谱之外,砷化镓对InGaAsP发光二极管发出的光完全不吸收。

在光路控制电路的控制下,可以在同一温度,得到不同光源的输出结果。

再将两者相比,这样在温度探头内部建立一个参照对比系统,消除温度探头内部的干扰与不稳定因素,达到提高系统性能的目的。

1-3-3、系统测试:为了了解整套装置的测温性能,我们将传感器与精密水银校准温度计放置在盛有冰水的电热杯中,快速加热,传感器的温度与输出电压关系曲线如下图所示,然后再将温度从高温冷却到低温。

实验表明两条曲线基本重合。

从测温曲线可以看出,该光纤温度传感器对温度有很好的响应,随温度的降低输出波的峰强度也降低。

这点与半导体的理论分析相吻合。

只是升温曲线略在降温曲线的下方,这主要是由于校准温度计与光纤温度传感器的响应时间不同所致。

由于温度上升较快,校准温度计的读数略小于实际温度,但在温度下降时,这种现象会得到改善。

1-4、砷化镓晶片在变压器绕组温度监测系统中的应用1-4-1、温度测量原理信号控制分析器中的光源发出多重波长的白光,通过光纤连接器传输到感应器。

感应器由一根多模光纤(表面由两层耐用的PTFE 包裹),性,吸收部分波长的光。

同时将剩下不能被吸收波长的光反射回来。

控制器检测反射光的频谱,从而换算出相应的温度值。

Optical CouplerIncoming Light Nortech SignalLossdB/Kmspreading2、光纤折射率传感器下面以飞秒激光在单模光纤中钻微孔用于折射率检测的文章来详细说明。

2-1、简介:由于光纤提供了很多优点,所以基于光纤的折射率传感器在化学和生物医学应用中是很有吸引力的,这可以通过使用常规单模光纤(SMF的),光子晶体光纤(光子晶体光纤),如光纤布拉格光栅(FBG 的),长周期光栅(LPGs)和干涉等,然而对于折射率传感器最主要的困难之一就是它们的温度交叉敏感。

在本文中我们提出了一个简单,紧凑和低成本的折射率传感器,它是通过飞秒激光脉冲直接在常规单模光纤中烧蚀来钻微孔,不是通过化学腐蚀。

像这种传感器有好的线性关系在广泛的折射率地区,并能有效地用于实现温度不敏感的测量。

2-2、实验图1 对单模光纤飞秒激光打孔的聚焦几何在试验中,飞秒激光脉冲(λ=800nm)是120fs的持续时间和1KMz的持续频率通过一个NA=0.25,和焦距为7mm的物镜聚焦在光纤上,脉冲能量维持在11μJ,使用的光纤是一个标准的SMF-28,它的芯径是8.2mμm,有效折射率是1.4478 (@1550 om)。

该纤维是安装在一个三轴平移台上,通过调整这个平台,可以是光纤包层的上表面位于束腰,如图一所示。

该光纤是一段连接到带宽光源和分辨率为0.01纳米的光谱分析仪(OSA),在另一端实时传输测量。

微孔是通过飞秒激光脉冲的5-150s的照射直接烧蚀出来的,而这个是通过使用机械快门来控制的。

基于光纤器件的微孔被沉浸到连续折射率的液体样品后,随后来测不同的微孔的反应指数。

使用的匹配的液体的折射率是在1.30-1.45之间,标准:@489.3 nm。

实际的RI值在所使用的波长范围和在那些测量标准@489.3 nm相似。

结果和讨论:不同尺寸和不同折射率的微孔的归一光透射谱已经在试验中测量,如图2(a),2(b)所示,微孔直径大约为6.2微米,在纤芯和包层的界面。

下图是不同尺寸的微孔沉浸在折射率为1.30-1.40的液体中。

○1(a)图,(c)图,(e)图说明的是归一化的传输损耗与波长的关系;○2(b)图,(d)图,(e)图归一化的传输损耗与微孔的折射率的关系;○3插图(b),(d), (f)反应了微孔的形态(侧面)和在纤芯和包层界面的微孔的直径;○4图(a)及(b),图(c)和(d)和图(e)和(f)相应的微孔直径是6.2微米,7.9微米,11微米。

当光纤微孔的直径大约为7.9微米的时候,一个更复杂的情况会发生。

从图2(c),图2(d)中可以看出透射光谱随着折射率的变化是有变化的,在1.30-1.35的折射率范围内,它会以0.67dB/ 59.1010-⨯的速度逐渐下降,在1.36-1.42的折射率范围内,透射光谱又会以10-逐渐上升。

1.10dB/2μ的时候,透射光谱再次说明当微孔的直径更进一步上升到11m了一个良好的线性关系在折射率为1.30-1.45的整个范围内。

充满空气的微孔的透射光谱随着温度的变化如图3所示。

透射的最大波动小于0.13dB在25℃到90℃的整个温度变化范围内。

在试验过程中,带有微孔的光纤首先被加热到90℃,然后冷却,透射光谱的最大变化是小于0.02dB在每一个温度记录点。

该实验证实了基于折射率传感器的微孔能够测量温度的能力。

图3:充满空气的微孔的透射损耗随温度的变化对于充满空气的微孔来说,透射损耗会变大,当微孔的直径增加时。

实际上,在波长为1550nm时,当微孔的直径大约是3.2微米时,透射损耗大约为3.1dB;当微孔的直径为6.2微米时,透射损耗大约为6.5 dB;当微孔的直径分别大约为7.9微米和11微米时,透射损耗上升到大约11.2 dB和13.6 dB。

它可以归结为散射的增强和增加的微孔尺寸的多次反射。

正如从图2中所看到的一样,带有微孔的光纤器件的透射率和折射率有很大的依赖性,但是只显示出了和传输波长的依赖性。

纤芯中的微孔直径,其中多次反射和散射都发生在那个直径范围内,并且微孔直径也起了一个至关重要的作用在不同折射率区域的分辨率的测定方面。

微孔深度对传输损耗的影响并不明显,即使微孔深度已经达到了纤芯的整个截面。

然而,微孔的深度却有助于提高光纤的鲁棒性,当相对于微通道贯穿整个光纤截面的时候。

因此,通过选择合适的直径和深度尽可能小的微孔,高测量精度和光纤折射率传感器的鲁棒性都能得到保证。

结论:总之,我们已经证明了一个简单,紧凑,和低沉本的折射率传感器基于在常规单模光纤上飞秒激光脉冲直接烧蚀微孔。

这种光纤的传输性能参数已经在1500 - 1600nm 波长范围内和折射率范围为1.30-1.45内研究了。

并且也已经被发现了:不同尺寸的微孔展现了不同折射率感应功能在不同的折射率范围,最高的分辨率是59.1010-⨯ 在折射率为1.36-1.42的范围内,对应的微孔的直径是7.79m μ。

折射率分辨率可通过选择适当的微孔直径或增加沿光纤长度适当距离的微孔的数量来改善。

此外,当微通道穿过整个光纤的横截面时,该设备的鲁棒性可以提高通过限制微孔的深度到达纤芯。

该装置的独立的温度传感能力已经得到证实。

相关文档
最新文档