[发明专利]气球形MZI传感器及其制作方法和基于MZI传感器的传感系统

说明书

本发明公开了一种气球形光纤MZI传感器，传感器包括单模光纤、光纤球形结构和毛细管，单模光纤构成传感回路且其末端为气球形结构，传感回路的输入端和输出端内置在毛细管中固定，光纤球形结构设置在传感回路的输入端。本发明还涉及一种基于气球形光纤MZI的水流速度传感系统，包括宽带光源、光谱分析仪、单模光纤、气球形光纤MZI传感器、水泵、水管、流速计和阀门，宽带光源和光谱分析仪通过单模光纤分别连接气球形光纤MZI传感器的输入端和输出端，水泵、气球形MZI和流速计通过水管顺次连接，阀门连接水管侧壁。本发明解决了现有技术中光纤容易断裂、干涉条纹可见度不高的问题。

技术领域

本发明涉及气球形MZI传感器及其制作方法和基于MZI传感器的传感系统，属于光纤传感技术领域。

背景技术

在1966 年，英籍华人科学家高锟首次提出光导纤维（光纤）传输光信号的理论，在这理论指导下，美国康宁公司在1970 年拉制出了第一根低损耗光纤。与此同时，光纤通信技术和光纤传感技术也应运而生。与传统的电传感器相比，光纤传感器具备独特的优点。光纤传感器由于具有耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小、灵敏度高等优点。因此被广泛的应用于各个领域的物理量传感，通常包括溶液浓度、气体浓度、湿度、酸碱度和磁场等物理量。在众多光纤传感器当中，光纤马赫增德尔干涉仪（MZI）传感器由于制作简单、稳定性好、结构紧凑和信号消光比高、插入损耗低等独特优点，发展非常迅速，已经应用在温度、折射率、应变和磁场等传感领域。在实际的应用中，流速传感器在工业、生化等众多专业领域扮演了一个非常重要的角色。近几十年来，许多研究者提出了各种光纤传感器来测量液体的流速。光纤涡流流量计首先被提出测量，接着光纤布拉格光栅（FBG）也被提出用于流速度测量。近几年，光纤迈克尔逊和法布里波罗传感器被证明可以测量流速。然而，这些传感器不仅制造过程复杂，而且在实际应用的过程中光纤容易断裂、干涉条纹可见度不高。因此，该传感器的实际应用仍是一个挑战。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供气球形MZI传感器及其制作方法和基于MZI传感器的传感系统，解决了现有技术中光纤容易断裂、干涉条纹可见度不高的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种气球形光纤MZI传感器，包括单模光纤、光纤球形结构和毛细管，单模光纤构成传感回路且传感回路为气球形结构，传感回路的输入端和输出端内置在毛细管中固定，光纤球形结构设置在传感回路的输入端。

进一步地，前述气球形结构的顶端距离毛细管的距离为20~25mm。

进一步地，前述光纤球形结构的数量为3个。

进一步地，前述光纤球形结构的直径为200～220μm。

进一步地，前述毛细管的内径为0.4mm，长度为1.5cm。

进一步地，前述单模光纤为G.652单模光纤，纤芯直径为8.2μm，包层直径为125μm。

一种基于气球形光纤MZI的水流速度传感系统，包括宽带光源、光谱分析仪、单模光纤、前述的气球形光纤MZI传感器、水泵、水管、流速计和阀门，宽带光源和光谱分析仪通过单模光纤分别连接气球形光纤MZI传感器的输入端和输出端，水泵、气球形MZI和流速计通过水管顺次连接，阀门连接水管侧壁。

一种气球形光纤MZI传感器的制作方法，包括如下步骤：

取一段长度为10～15厘米的单模光纤3，去除单模光纤一端的涂覆层，并用酒精清洗，使用光纤切割的机将其端面切平；

将切平后的单模光纤放入光纤熔接机进行多次放电，使光纤收缩成球形结构；

以同样的方法再制作一个球形结构后，将两个球形结构熔接在一起，用光纤切割刀来切割光纤使得光纤末端只有两个球形结构；

再取一个球形结构，重复上述步骤，熔接构成三个球形结构，将熔接后的光纤两端插入毛细管固定。

本发明所达到的有益效果：