阅读说明：本技术 一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器 (Temperature and stress sensor based on few-mode optical fiber and photonic crystal optical fiber ) 是由 高学凯 宁提纲 裴丽 郑晶晶 李晶 王建帅 王春灿 于 2020-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器,适用于光纤传感领域。所用到的光纤包括入射单模光纤(1)、少模光纤(2)、光子晶体光纤(3)、少模光纤(4)和出射单模光纤(5)。少模光纤(2)的另一端采用偏心熔接的方法以一定的偏移量(6)连接到光子晶体光纤(3),光子晶体光纤(3)的另一端采用偏心熔接的方法以一定的偏移量(7)连接到少模光纤(4)。光通过入射单模光纤(1)和少模光纤(2)进入到光子晶体光纤(3),多个包层模式被激发,当进入到少模光纤(4)时,形成马赫-曾德尔干涉仪,由于多个模式的传输路径不同,产生相位差,形成干涉,偏心熔接加强了模式间的干涉,从而实现高灵敏度。本传感器具有制作简单、灵敏度高、抗电磁干扰、性能稳定等特点。(The invention discloses a temperature and stress sensor based on a few-mode fiber and a photonic crystal fiber, which is suitable for the field of fiber sensing. The used optical fiber comprises an incident single-mode optical fiber (1), a few-mode optical fiber (2), a photonic crystal optical fiber (3), a few-mode optical fiber (4) and an emergent single-mode optical fiber (5). The other end of the few-mode fiber (2) is connected to the photonic crystal fiber (3) by a certain offset (6) by adopting an eccentric welding method, and the other end of the photonic crystal fiber (3) is connected to the few-mode fiber (4) by a certain offset (7) by adopting an eccentric welding method. Light enters the photonic crystal fiber (3) through the incident single-mode fiber (1) and the few-mode fiber (2), a plurality of cladding modes are excited, when the light enters the few-mode fiber (4), a Mach-Zehnder interferometer is formed, phase differences are generated due to different transmission paths of the modes to form interference, and the interference among the modes is enhanced through eccentric fusion, so that high sensitivity is realized. The sensor has the characteristics of simple manufacture, high sensitivity, electromagnetic interference resistance, stable performance and the like.)

一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器

技术领域

本发明涉及一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器，适用于光纤传感技术等领域。

背景技术

根据《交通运输部关于进一步加强隧道工程质量和安全监管工作的若干意见》的要求，隧道施工必须配置电子门禁考勤系统、人员定位管理系统、有毒有害气体连续监测管理系统、视频监控系统、安全步距监测系统、围岩与支护结构监控量测系统、超前预报系统，推动隧道施工安全管理信息化。隧道施工期间潜在的一系列安全隐患，隧道岩体出现裂缝就是常见的安全隐患之一，对产生的裂缝，如果不对裂缝进行持续的监测，可能会导致重大的安全事故，给施工人员的生命和财产安全带来危害。隧道岩体裂缝超过允许裂缝宽度后会破坏隧道的安全。对裂缝的监测方法有直接观察法、电式微位移传感器等，前者无法完成对裂缝准确监测，后者又容易受到电磁干扰，给裂缝的监测带来不利。采用灵敏度更高的光纤传感器更能满足实际需求。高灵敏度是光纤传感技术追求的主要目标之一，也是实际应用中的重要指标之一。

CN200920202121.9提出了一种基于强度检测的HiBi-PCF-FLM应力传感器，用到了耦合器和偏振控制器，测量前需要进行偏振器的调节，使用较为不便。CN201320268652.4提出了一种基于光子晶体光纤模式干涉的应力传感器，,该传感器结构虽然简单，但灵敏度并不高。CN201810357584.6提出了一种温度补偿的光子晶体光纤横向应力传感器，该传感器结构复杂，可重复性差。CN201610837857.8一种光纤应力传感器件，包括依次连接的第一单模光纤、少模光纤和第二单模光纤，该结构过于简单，无法实现高灵敏度的应力测量。CN201310692913.X公开了一种U型结构的蓝宝石光纤光栅温度与应力传感器,该传感器制作复杂，成本较高。CN201810889077.7公开了一种基于布拉格光纤光栅的高精度应力传感器，该传感器结构过于复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制作简单、灵敏度高、抗电磁干扰、结构紧凑、性能稳定的基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器。

本发明的技术方案：

一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器，所用到的光纤包括单模光纤、少模光纤和光子晶体光纤。通过不同种光纤熔接得到单模光纤-少模光纤-光子晶体光纤-少模光纤-单模光纤的复合结构，光子晶体光纤的两端分别以一定的偏移量连接两段少模光纤。

本发明的有益效果：本发明提出一种基于少模光纤和光子晶体光纤的温度和应力传感器，只需要采用偏心熔接的方法将光子晶体光纤和少模光纤熔接即可，通过测量透射谱的损耗峰的偏移量可以同时实现应力的测量，进而实现裂缝大小变化的测量。本结构具有制作简单、灵敏度高、抗电磁干扰、结构紧凑、性能稳定等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图标号：1-入射单模光纤、2-少模光纤、3-光子晶体光纤、4-少模光纤、5-出射单模光纤、6-偏移量、7-偏移量。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一，入射单模光纤1连接少模光纤2的一端，少模光纤2的另一端采用偏心熔接的方法连接光子晶体光纤3，此时的偏移量6为h₁,h₁为0μm，光子晶体光纤3的另一端采用偏心熔接的方法连接少模光纤4，此时的偏移量7为h₂,h₂的范围为0μm，少模光纤4连接出射单模光纤5；所使用少模光纤两段均为两模少模光纤；所用光子晶体光纤为折射率引导型光子晶体光纤。

实施例二，入射单模光纤1连接少模光纤2的一端，少模光纤2的另一端采用偏心熔接的方法连接光子晶体光纤3，此时的偏移量6为h₁,h₁的范围为0μm，光子晶体光纤3的另一端采用偏心熔接的方法连接少模光纤4，此时的偏移量7为h₂,h₂的范围为10μm，少模光纤4连接出射单模光纤5；所使用少模光纤两段均为两模少模光纤；所用光子晶体光纤为光子带隙型光子晶体光纤。

实施例三，入射单模光纤1连接少模光纤2的一端，少模光纤2的另一端采用偏心熔接的方法连接光子晶体光纤3，此时的偏移量6为h₁,h₁的范围为20μm，光子晶体光纤3的另一端采用偏心熔接的方法连接少模光纤4，此时的偏移量7为h₂,h₂的范围为20μm，少模光纤4连接出射单模光纤5；所使用少模光纤两段均为四模少模光纤；所用光子晶体光纤为折射率引导型光子晶体光纤。

实施例四，入射单模光纤1连接少模光纤2的一端，少模光纤2的另一端采用偏心熔接的方法连接光子晶体光纤3，此时的偏移量6为h₁,h₁的范围为10μm，光子晶体光纤3的另一端采用偏心熔接的方法连接少模光纤4，此时的偏移量7为h₂,h₂的范围为20μm，少模光纤4连接出射单模光纤5；所使用少模光纤两段均为四模少模光纤；所用光子晶体光纤为光子带隙型光子晶体光纤。

实施例五，入射单模光纤1连接少模光纤2的一端，少模光纤2的另一端采用偏心熔接的方法连接光子晶体光纤3，此时的偏移量6为h₁,h₁的范围为0μm，光子晶体光纤3的另一端采用偏心熔接的方法连接少模光纤4，此时的偏移量7为h₂,h₂的范围为50μm，少模光纤4连接出射单模光纤5；所使用少模光纤两段分别为两模少模光纤和四模少模光纤；所用光子晶体光纤为折射率引导型光子晶体光纤。

实施例六，入射单模光纤1连接少模光纤2的一端，少模光纤2的另一端采用偏心熔接的方法连接光子晶体光纤3，此时的偏移量6为h₁,h₁的范围为20μm，光子晶体光纤3的另一端采用偏心熔接的方法连接少模光纤4，此时的偏移量7为h₂,h₂的范围为50μm，少模光纤4连接出射单模光纤5；所使用少模光纤两段分别为两模少模光纤和四模少模光纤；所用光子晶体光纤为光子带隙型光子晶体光纤。