[发明专利]一种高灵敏无温度交叉干扰的光纤扭转传感器

权利要求书

1.一种高灵敏无温度交叉干扰的光纤扭转传感器，其特征在于，包括第一单模光纤(2)、第一细芯光纤(4)、锥形细芯光纤(5)、第二细芯光纤(6)和第二单模光纤(8)；

所述第一单模光纤(2)的一端与第一细芯光纤(4)相连，两者之间的错位熔接点作为第一熔接点(3)，错位熔接用于将第一单模光纤(2)中传输的光较为平均的耦合到第一细芯光纤(4)的纤芯和包层中；另一端用于外接宽源光源；第一单模光纤(2)用于将宽带光源发出的光耦合到第一细芯光纤(4)的纤芯中；

所述锥形细芯光纤(5)设在所述第一细芯光纤(4)和所述第二细芯光纤(6)之间，用于将第一细芯光纤(4)的包层中传输的光部分泄漏到外界环境中；所述第二细芯光纤(6)的另一端连接所述第二单模光纤(8)的一端，两者之间的错位熔接点作为第二熔接点(7)，错位熔接用于将第二细芯光纤(6)中纤芯和包层传输的光较为平均的耦合到第二单模光纤(8)的纤芯中；所述第二单模光纤(8)的另一端，作为输出端外接光谱仪；所述锥形细芯光纤(5)、第一细芯光纤(4)和所述第二细芯光纤(6)是一根光纤整体拉制成的，光纤外径形状为圆柱形；所述锥形细芯光纤(5)是采用氢氧焰对细芯光纤中部加热熔融拉制细芯光纤而成；其中，两端未进行熔融加热拉锥的细芯光纤分别为所述第一细芯光纤(4)和所述第二细芯光纤(6)；所述锥形细芯光纤(5)的锥腰直径为15μm～40μm，锥腰直径越小，泄漏出包层的包层模式功率越强，所测温度和扭转灵敏度越高；所述锥形细芯光纤(5)的锥区长度为300μm～1000μm，不同长度的锥形细芯光纤形成不同的自由光谱范围，长度越长，自由光谱范围越小；

所述第一熔接点(3)和所述第二熔接点(7)采用光纤轴线方向对称、截面方向错位的熔接方式，与第一细芯光纤(4)、锥形细芯光纤(5)和第二细芯光纤(6)一起形成光纤线内马赫-泽德干涉结构，第一、二细芯光纤与第一、二单模光纤轴线方向对称使得所述细芯光纤中被激发的包层模式数目相对较少，与细芯光纤纤芯形成模式干涉后能形成较为纯净的干涉图样，在垂直于光纤光轴的截面方向错位能使得熔接过程中分配到所述细芯光纤中纤芯和包层的光强较为平均；

所述光纤扭转传感器还包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和所述第二夹具分别固定夹持着所述光纤扭转传感器的第一单模光纤(2)和第二单模光纤(8)，所述第一夹具和所述第二夹具之间，由第一细芯光纤(4)、锥形细芯光纤(5)、第二细芯光纤(6)形成的锥形细芯光纤错位熔接结构处于自由伸直的状态，所述第一夹具的位置固定，所述第二夹具能360°旋转。

2.如权利要求1所述的光纤扭转传感器，其特征在于，所述光纤扭转传感器还包括光谱仪(9)，所述光谱仪(9)的输入端连接至所述第二单模光纤(8)的第二端，即光纤扭转传感器的输出端；所述光谱仪(9)用于显示所述光经过第一细芯光纤(4)、锥形细芯光纤(5)和第二细芯光纤(6)形成的锥形细芯光纤错位熔接结构的透射光谱，从而得到马赫-泽德在线干涉图样。

3.如权利要求1或2任一项所述的光纤扭转传感器，其特征在于，所述第一细芯光纤(4)和所述第二细芯光纤(6)的长度均为0.5cm～1cm，不同长度的细芯光纤会使得如权利要求2所述干涉图样形成不同的自由光谱范围；第一、二细芯光纤的长度越长，自由光谱范围越小。

4.如权利要求3所述的光纤扭转传感器，其特征在于，所述第一细芯光纤(4)和所述第二细芯光纤(6)的光纤包层直径为62.5μm～100μm，不同的包层直径使得包层中被激发的包层模式与外界环境接触的难易程度不同，从而影响最终被测温度和扭转的灵敏度，包层越细灵敏度越高。

5.如权利要求3所述的光纤扭转传感器，其特征在于，所述第一细芯光纤(4)和所述第二细芯光纤(6)的光纤纤芯直径为1μm～5.6μm，不同的纤芯直径使得从第一单模光纤(2)纤芯耦合到第一细芯光纤(4)纤芯的光功率不同，从而形成不同消光比的干涉图样。