[发明专利]一种法珀腔型光纤曲率传感探头及其制作方法

说明书

本发明涉及一种法珀腔型光纤曲率传感探头及其制作方法。以克服现有法布里‑珀罗传感器进行弯曲曲率的测量时信号强度随弯曲衰减以及波长漂移上的非线性的问题。本发明采用的技术方案由第一单模光纤、单模光纤裸纤、第二单模光纤和石英毛细管组成，第一单模光纤的一个端部为裸纤段且端面斜切角度为8°，第二单模光纤的一个端部为裸纤段且端面斜切角度为8°，单模光纤裸纤固定设置于石英毛细管的中部，两端分别与第一单模光纤、第二单模光纤的裸纤段的端部在石英毛细管中相接设置,第一单模光纤和第二单模光纤固定穿设于石英毛细管的两端，然后采用一定的制作方法制备而成。

技术领域：

本发明涉及光纤传感技术领域，进一步涉及一种光纤曲率传感技术，具体一种法珀腔型光纤曲率传感探头及其制作方法。

背景技术：

在桥梁、轨道、建筑与飞行器结构健康监测、机器人位姿传感、智能材料内部形变测量等工程技术领域，曲率是一个非常重要的物理参数。传统的测量曲率的传感技术主要采用压阻或压电式的电子式应变片，成本较低，使用灵活，但无法测量较大的弯曲变形，并且使用温度有限。而光纤曲率传感器具有较大的曲率测量范围，并且具有小型化、高灵敏度、耐高温、高精度、响应速度快、耐腐蚀、抗电磁干扰等独特优势，因此受到学术界与产业界的广泛重视。

光纤曲率传感器按照解调方式可以分为，光强调制型光纤传感器、相位调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器等。其中，光强调制型光纤曲率传感器，主要利用光纤弯曲时产生的光损耗实现对曲率的传感测量。光强调制型光纤曲率传感器的特点是结构简单、成本低，但存在光强漂移、输出非线性以及测量精确度不高的问题。相位调制型光纤传感器，多采用多模光纤或单模光纤的纤芯模与包层模构成的马赫-曾德尔干涉仪结构。利用多模或单模光纤在弯曲时，曲率对不同传播模式有效折射率影响的不同，实现不同模式经过这种光纤的光程随曲率变化，从而导致干涉信号的相位变化，利用其相位变化与光纤曲率的函数关系，实现曲率传感。相位调制型光纤曲率传感器的特点是分辨率和精度高，但系统复杂、造价昂贵、可测量范围相对较窄。频率调制型光纤曲率传感器主要采用了布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅，具有敏感的弯曲特性，通过实验中多个光纤光栅的共同作用，可以同时实现弯曲曲率和方向的测量，此种类型的传感器较容易受到温度的影响，且系统复杂，需要优良的光谱分析设备等。

2016年，Catarina S.MONTEIRO等人在论文Photonic sensors/Vol.6,No.4,2016:339-344“Fiber Fabry-Perot Interferometer for Curvature Sensing”提出了一种基于空气间隙FP腔的光纤曲率传感器，这种光纤曲率传感器结构简单，成本低，但在进行弯曲测量时，法布里-珀罗腔的端面不再平行，反射回的光信号会有一部分被辐射到包层，导致曲率测量过程中功率不稳定以及曲率测量与波长偏移量之间的非线性，使得曲率测量范围受到限制。

发明内容：

本发明提出了一种用于曲率测量的光纤法珀传感器及其制作方法，以克服现有法布里-珀罗传感器进行弯曲曲率的测量时信号强度随弯曲衰减以及波长漂移上的非线性的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：一种法珀腔型光纤曲率传感探头，由第一单模光纤、单模光纤裸纤、第二单模光纤和石英毛细管组成，第一单模光纤的一个端部为裸纤段且端面斜切角度为8°，第二单模光纤的一个端部为裸纤段且端面斜切角度为8°，单模光纤裸纤固定设置于石英毛细管的中部，两端分别与第一单模光纤、第二单模光纤的裸纤段的端部在石英毛细管中相接设置,第一单模光纤和第二单模光纤固定穿设于石英毛细管的两端。

上述法珀腔型光纤曲率传感探头的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将一定长度的普通单模光纤剥离涂覆层形成裸纤段，清洗后，切掉端部，形成平整的垂直于纤芯的端面，制成单模光纤裸纤备用；

步骤2：在显微镜下，在单模光纤裸纤的侧面包层上微量涂紫外胶后，放入石英毛细管的中部，使用紫外照射灯对紫外胶固化，实现对单模光纤裸纤的固定；