[发明专利]一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器

说明书

本发明公开了一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，包括依次连接的光源、第一单模光纤、双空气孔三芯光纤、第二单模光纤和光谱分析仪；双空气孔三芯光纤包括一个中心纤芯和两个空气孔；第一空气孔中设置有第一悬挂纤芯，第二空气孔中设置有第二悬挂纤芯；两个悬挂纤芯分别与中心纤芯在各自不同的相位匹配波长下发生共振耦合，两个悬挂纤芯中心与双空气孔三芯光纤中心连线的夹角为90°。本发明利用双空气孔三芯光纤作为传感器单元，具有集成度高、测量范围大、抗电磁干扰等优势，可实现单个传感器对二维任意方向的弯曲进行测量。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，特别是一种基于共振耦合原理的双空气孔三芯光纤弯曲传感器。

背景技术

目前基于共振耦合原理的光纤传感器主要是利用具有相同纤芯的双芯光纤制备而成，这类传感器用于弯曲传感面临两个问题：1、采用双芯光纤制备传感器，导致单个传感器只能测量两个方向上的弯曲曲率，若要实现二维平面内任意方向弯曲测量，需要使用两个传感器。2、制备传感器使用的双芯光纤两纤芯完全相同，在任意波长下两纤芯模式都满足相位匹配条件，导致透射光谱中存在多个连续共振峰，限制了传感器的测量范围。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种基于共振耦合原理的双空气孔三芯光纤弯曲传感器，实现单个光纤传感器对二维任意方向弯曲的测量。

为解决上述技术问题，本发明的一种双空气孔三芯光纤弯曲传感器，包括依次连接的光源、第一单模光纤、双空气孔三芯光纤、第二单模光纤和光谱分析仪；双空气孔三芯光纤包括一个中心纤芯和两个空气孔；第一空气孔中设置有第一悬挂纤芯，第二空气孔中设置有第二悬挂纤芯；两个悬挂纤芯分别与中心纤芯在各自不同的相位匹配波长下发生共振耦合，两个悬挂纤芯中心与双空气孔三芯光纤中心连线的夹角为90°。

进一步的，两个悬挂纤芯分别设置于两个空气孔的内壁且靠近中心纤芯处。

进一步的，双空气孔三芯光纤的直径为125μm，中心纤芯直径为8.5-9μm，两个空气孔直径范围为35-40μm，两个空气孔边缘与中心纤芯边缘距离范围为3-8μm，两个悬挂纤芯直径范围为10-13μm，两个悬挂纤芯直径不同，直径差的范围为0.2-2μm，两个悬挂纤芯和中心纤芯分别与包层的折射率差均为0.004-0.006。

进一步的，双空气孔三芯光纤的长度等于中心纤芯分别与两悬挂纤芯发生共振耦合的耦合长度的奇数倍的公倍数。

进一步的，两个悬挂纤芯的直径不等且均大于所述中心纤芯直径。

进一步的，光源发出的宽谱光经第一单模光纤由双空气孔三芯光纤中心纤芯入射，两个悬挂纤芯分别对应的相位匹配波长的光被耦合到对应的悬挂纤芯中，在中心纤芯透射光谱中产生两个共振峰；当双空气孔三芯光纤发生弯曲时，弯曲引入的应力对中心纤芯和两个悬挂纤芯的折射率分布进行调制，两个悬挂纤芯与中心纤芯的相位匹配波长及耦合系数发生改变，所述两个共振峰发生漂移，利用光谱分析仪探测传感器透射光谱，通过检测两共振峰的漂移量和漂移方向，实现曲率和弯曲方向测量。

本发明的有益效果：本发明提出利用双空气孔三芯光纤制备基于共振耦合原理的弯曲传感器，该传感器中心纤芯与两个正交分布的悬挂纤芯均产生共振耦合，利用不同纤芯间共振耦合对弯曲方向敏感性不同的特点，实现单个光纤传感器对二维任意方向弯曲的测量。由于两悬挂纤芯直径不同，它们与中心纤芯的共振峰可以分离，并且由于中心纤芯与悬挂纤芯中基模只在某一特定波长下发生共振耦合，传感器透射光谱中只在两个相位匹配波长附近出现两个共振峰，扩大了弯曲测量范围。本发明利用双空气孔三芯光纤作为传感器单元，具有集成度高、测量范围大、抗电磁干扰等优势，可实现单个传感器对二维任意方向的弯曲进行测量。

附图说明

图1是本发明的结构图示意图。

图2是双空气孔三芯光纤结构示意图。