[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

说明书

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，属于光纤传感技术领域。本发明解决了现有温度传感器灵敏度低、集成度低、无法测量微小温度变化的问题。本发明采用单模光纤、多模光纤、悬浮芯光纤制备传感头，通过填充PDMS的方式提高传感器灵敏度，并且通过混联干涉仪产生的游标效应再次提高灵敏度。本发明传感器通过与PDMS的结合实现灵敏度一到两个数量级的提高，并且通过游标效应二次增敏，再次提高灵敏度M倍，显著提高了温度检测的灵敏度。本发明传感器集成度高、灵敏度高、结构稳定、制备简单，可应用于高精度温度检测领域。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于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。

背景技术

温度变化的精准测量对环境监测、生物医疗以及工业生产等领域至关重要。光纤温度传感器由于稳定性好、抗电磁干扰、传输损耗小等优点以及可实现远距离、极端环境下测量的优势，近年来在传感器领域备受关注。

但现有的光纤温度传感器的灵敏度无法满足一些高精度温度检测领域的需求。因此设计一种光纤温度传感器实现高灵敏度温度测量十分必要。

发明内容

为了解决现有的光纤温度传感器灵敏度低的问题，本发明提出了一种基于PDMS填充和混联干涉仪游标增敏的光纤温度传感器。本发明传感器通过与PDMS的结合实现灵敏度一到两个数量级的提高，并且通过游标效应二次增敏，再次提高灵敏度M倍，显著提高了温度检测的灵敏度。本发明传感器集成度高、灵敏度高、结构稳定、制备简单，可应用于高精度温度检测领域。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：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：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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，所述的传感头反射光谱包络平移量为：