[实用新型]基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种折射率与温度传感器，尤其涉及一种基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器。 

背景技术

光纤传感器在最近几年被广泛的研究，他们有许多优点，例如尺寸小、灵敏度高、抗电磁干扰等等。他们在远程测量和过程控制领域吸引了人们极大的兴趣，可用于测量温度、应力、折射率、位移和其他物理量。最近几年，多模干涉现象被广泛地应用于传感器领域，例如利用单模-多模-单模（SMS）光纤结构、单模-多模-单模光纤结构级联光纤布拉格光栅、3°倾斜的多模光纤布拉格光栅、多模-无芯-多模光纤结构。所有以上这些方法都是基于在光纤中发生的多模干涉现象，但是，这些提出的方法大多是单参数测量并且所用到的单模-多模-单模光纤结构主要是透射型的，由于熔接之后的单模光纤与多模光纤的熔接点在弯曲过大的情况的下容易发生断裂，因此该透射型结构不易操作。另外，传统的利用多模干涉现象测量折射率的传感方法，一般要完全或部分去除多模光纤的包层，甚至要腐蚀掉部分纤芯，以让多模光纤纤芯充分接触待测物质，使待测物质充当多模光纤纤芯的包层，引起多模干涉谐振波长的移动来实现折射率的测量，这种方法的缺点是由于光纤的包层被去除，可承受的强度减弱，稳定性降低，应用范围受限，制作复杂，同时成本上升。传统的测量温度的方法， 传统的测量温度的方法一般要用到光纤布拉格光栅，或者在单模光纤尾纤末端覆盖某种折射率会随温度变化的物质，以改变单模光纤末端与该种物质界面上的菲涅尔反射率，通过测量布拉格波长的移动或者菲涅尔反射率的变化来实现温度的测量，这些方法的缺点是成本高，制作复杂，不便于大规模应用。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器及其测量方法，具体技术方案如下。 

一种基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器，包括宽带光源、光纤环形器、测量传感头和光谱仪；所述光纤环形器的输入端口与宽带光源通过光纤连接，光纤环形器的第一输出端口与测量传感头通过光纤连接，第二输出端口与光谱仪输入端通过光纤连接；光在测量传感头内部发生多模干涉，并在测量传感头与待测物质的界面上发生菲涅尔反射重新回到测量传感头内部继续传播并发生多模干涉，最终传输到光谱仪，通过光谱仪测得干涉条纹的损耗峰功率和损耗峰波长，再经计算得到待测物质的折射率和温度。 

上述的基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器，测量传感头为端面与光纤轴线垂直的未去除包层的阶跃型多模光纤。光经单模光纤进入多模光纤，并在多模光纤末端与待测物质的交界面上发生菲涅尔反射重新回到多模光纤中，最终耦合进单模光纤，在此过程中，光在从单模光纤进入多模光纤时，在多模光纤的端面上激发出多个本征 模，这多个模式的光在多模光纤中传播时发生干涉，最终又重新耦合进单模光纤中，并传输到光谱仪。 

上述的基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器中，所述的宽带光源为C波段（1520nm-1570nm）的光纤宽带光源，连接用的光纤均为普通单模光纤。 

上述的基于多模干涉的光纤折射率与温度传感器中，根据干涉条纹的损耗峰功率随待测物质折射率变化而变化的规律，计算出待测物质的折射率；根据干涉条纹的损耗峰波长随待测物质的温度变化而变化的规律，计算出待测物质的温度。 

利用上述光纤折射率与温度传感器的折射率与温度测量方法，包括：将测量传感头插入待测物质中；光经单模光纤进入多模光纤，并在多模光纤末端与待测物质的交界面上发生菲涅尔反射重新回到多模光纤种，最终耦合进单模光纤，在此过程中，光在从单模光纤进入多模光纤时，在多模光纤的端面上激发出多个本征模，这多个模式的光在多模光纤中传播时发生干涉，最终又重新耦合进单模光纤中，并传输到光谱仪。干涉条纹的损耗峰功率随测量传感头所处的待测物质折射率变化而变化，通过光谱仪测得干涉条纹损耗峰的功率，再经计算得到待测物质的折射率；干涉条纹的损耗峰波长随测量传感头所处的待测物质的温度变化而变化，通过光谱仪测得干涉条纹的损耗峰波长，再经计算得到待测物质的温度。 

上述测量方法中，所述干涉条纹的损耗峰功率为