[发明专利]一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器

权利要求书

1.一种基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器，其特征在于：包括宽带光源、光纤环形器、传感头和光谱仪；

所述的宽带光源与光纤环形器的1端口连接，提供探测光；所述的传感头与光纤环形器的2端口连接，测量环境温度的变化；所述的光谱分析仪与光纤环形器的3端口连接，接收并显示传感头的反射光谱；

所述的探测光为宽谱光，其由宽带光源发出，经光纤环形器1端口进入光纤环形器，后从光纤环形器2端口进入传感头，经传感头反射后再次经过光纤环形器2端口回到光纤环形器，并从光纤环形器3端口进入光谱分析仪，由光谱分析仪接收和显示；

所述的传感头包括单模光纤、多模光纤、悬浮芯光纤，多模光纤的一端与单模光纤熔接，多模光纤的另一端与悬浮芯光纤熔接，悬浮芯光纤的气孔填满PDMS；多模光纤与悬浮芯光纤的熔接面为反射面I，悬浮芯光纤与空气和接触面为反射面II。

2.根据权利要求1所述的一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器，其特征在于：所述的单模光纤外直径为125微米，内直径为8-9微米；所述的多模光纤外直径为125微米，内直径为60微米，长度为100-150微米；所述的悬浮芯光纤外直径为125微米，内部含有位于中心位置的气孔和内切于气孔的纤芯，气孔直径为40微米，纤芯直径为8-9微米，长度为200-300微米。

3.根据权利要求1所述的一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器，其特征在于：所述的PDMS具有高热膨胀系数(9.6*10^-4)和高热光系数(-4.6*10^-4)，其填满悬浮芯光纤的内部气孔，长度与悬浮芯光纤长度相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器，其特征在于：所述的探测光进入传感头后，依次经过单模光纤、多模光纤和悬浮芯光纤，并经反射面I和反射面II反射，反射面I处产生反射光I，反射面II处产生反射光II和反射光III。

5.根据权利要求4所述的一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器，其特征在于：反射光I与反射光II构成法布里-珀罗干涉仪，作为传感干涉仪；反射光I与反射光III构成迈克尔逊干涉仪，作为参考干涉仪；所述的两干涉仪形成高度集成的并联结构，实现游标效应增敏，通过测量传感头反射光谱包络的平移量提高环境温度检测的灵敏度。

6.根据权利要求5所述的一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器，其特征在于：

所述的传感头反射光谱包络平移量为：

当环境温度改变时，由于热膨胀效应和热光效应，PDMS的长度和折射率发生改变，导致法布里-珀罗干涉仪的腔长和腔内介质折射率发生改变，法布里-珀罗干涉仪反射光谱移动，传感头反射光谱包络随之移动，传感头反射光谱包络平移量Δλ_Envelope表示为：

Δλ_Envelope＝M·Δλ_FPI＝M·λ(αL₁+βn_PDMS)

其中，M为包络的放大因子，Δλ_FPI为法布里-珀罗干涉仪反射光谱平移量，λ为探测光入射波长，α为PDMS热膨胀系数，β为PDMS热光系数，L₁为法布里-珀罗干涉仪的腔长，n_PDMS为法布里-珀罗干涉仪腔内介质(PDMS)的折射率。