一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构及制备方法
阅读说明：本技术 一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构及制备方法 (End face corrosion optical fiber strain structure based on side polishing and grinding and preparation method ) 是由 何巍 袁宏伟 祝连庆 张雯 董明利 李红 何彦霖 于 2020-12-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构及制备方法,该制备方法使用氢氟酸腐蚀处理单模光纤,然后与另一个单模光纤熔接形成F-P结构,然后使用侧面抛磨技术,根据需要打磨出不同尺寸的抛磨区,该制备方法操作简单,成本低廉,可根据需要制备不同尺寸的F-P腔结构和抛磨区,所制备的光纤应变结构具有高度的灵敏性和稳定性。(The invention provides an end face corrosion optical fiber strain structure based on side polishing and a preparation method, wherein hydrofluoric acid is used for corrosion treatment of a single mode optical fiber, the single mode optical fiber is welded with another single mode optical fiber to form an F-P structure, and then a side polishing and grinding technology is used for polishing and grinding areas with different sizes according to requirements.)
技术领域
本发明涉及光纤器件领域，具体涉及一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构及制备方法。
背景技术
光纤法布里-珀罗(简称F-P)传感器是利用光纤与毛细管构建的F-P腔形成的传感器，其中非本征F-P传感器是利用两光纤端面之间形成的空气间隙从而构成一个腔长为L的微腔，该类光纤传感器因为其具有结构简单、体积小、可靠性高、单根光纤信号传输、制作简单等优点而成为现在应用最广泛的一类光纤传感器。其工作原理为当一束相干光束通过入射光纤传输到F-P腔中时，光在光纤F-P腔的两端面发生多次反射，形成干涉并沿原路返回，其干涉输出信号是与F-P腔的腔长有关的。即是当外界环境参量(如温度、压力、应变等)以一定方式作用于F-P腔，使其腔长L发生变化，导致其干涉输出信号也发生相应变化。根据此原理，就可以从干涉信号的变化中导出F-P腔长度的变化，从而实现对各种被测参量的检测。
传统的非本征光纤F-P腔传感器的制作方法，通常是将两根光纤分别从毛细管的两端插入，保证两个光纤端面的平整并且两端面保持合适的距离以形成F-P腔，然后通过粘胶或者焊接的方法将毛细管与光纤固定。专利CN103335949A是将入射光纤与反射光纤插入毛细玻璃管中，然后采用激光焊接的方法将两者焊接在一起以达到固定的目的，从而形成一个EFPI传感器。但是，传统的光纤F-P腔的制作方法中将光纤插入毛细玻璃管这一制作方法失败率较高，且制备的传感器灵敏度不高，容易受环境中因素影响。
发明内容
本发明为了解决现有技术中光纤F-P腔在制备过程中失败率较高，制备结构灵敏度差的问题，提供了一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构的制备方法，该方法具体步骤如下：
(1)对第一单模光纤端面进行腐蚀处理，得到腐蚀光纤；
(2)取第二单模光纤，将第二单模光纤的端面切平，将步骤(1)中腐蚀光纤被腐蚀一端与第二单模光纤切平端面相对熔接形成F-P腔；
(3)熔接完成后，去除F-P腔处的的涂覆层作为抛磨区，将光纤固定在抛磨机上进行持续抛磨处理；
(4)每隔一小时对抛磨区进行观察，直到抛磨厚度达到50μm为止。
进一步地，所述腐蚀处理使用的是40％的氢氟酸溶液，处理时间为20min。
进一步地，所述熔接的方式为电弧放电熔接。
进一步地，所述抛磨区域长度范围为20mm-30mm，抛磨深度30μm-50μm。
进一步地，所述抛磨机为轮式抛磨机。
本发明还提供了一种通过上述方法制备的基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构。
与现有技术相比较，本发明的有益之处为：
本发明提供的一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构的制备方法使用氢氟酸腐蚀处理单模光纤，然后与另一个单模光纤熔接形成F-P结构，然后使用侧面抛磨技术在。。位置，根据需要打磨出不同尺寸的抛磨区，该制备方法操作简单，成本低廉，可根据需要制备不同尺寸的F-P腔结构和抛磨区，所制备的光纤应变结构具有高度的灵敏性和稳定性。
附图说明
图1为实施例中第一单模光纤经过腐蚀处理后的结构示意图；
图2为实施例中熔接完成后形成的F-P结构示意图；
图3为实施例中侧面抛磨光纤结构示意图；
图4为试验例中测温系统示意图；
图5为试验例中不同温度下形成成的干涉图；
图6为试验例中波长偏移量随温度变化的拟合结果图。
附图标记说明：
1-包层剩余厚度，2-纤芯，3-包层。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。下面通过具体的实施例对本发明的一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构的制备方法进行说明：
实施例
本实施例提供一种基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构的制备方法，该制备方法具体如下：
将单模光纤端面在40％浓度的氢氟酸中腐蚀20min制作出深度20μm的凹槽如图1所示，并将该腐蚀过的光纤和端面切平的单模光纤相对熔接，通过电弧放电进行熔接构成F－P腔结构，如图2所示。熔接完成后，利用剥线钳将光纤的涂覆层去掉20mm，此段距离为抛磨区长度，之后将光纤固定在轮式抛磨机上，启动机器利用砂轮对抛磨区进行持续研磨，每隔一小时观测抛磨的厚度，直至抛磨厚度达到50μm为止，如图3所示，通过以上方法便制得基于侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构。
试验例
对实施例中制备得到的侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构，使用如图4所示的测温系统进行温度传感测试，首先，将实施例中制得的光纤固定在加热平台上，光纤的一端连接宽带光源，光纤的另一端连接光纤传感分析仪，开启加热功能，将温度调节为50℃、100℃和150℃，每个温度点保持10min，采集这一温度变化过程中的干涉图谱，得到的干涉图谱如图5所示，图中3条谱线分别为温度为50℃、100℃、150℃时的F-P传感器1520nm～1610nm范围内的干涉谱，可以看出在同一变温幅度下光谱发生均匀的位移，这说明实施例中制备的光纤应变结构有较强的灵敏度，同时测定准确率高。
进一步地对实施例中制备的光纤传感器进行标定，通过在50℃-400℃范围内，每50℃施加温度，记录相应温度下的波长，然后绘制波长-温度关系曲线，得到如图6所示的波长偏移量随温度变化的拟合结果图，从图中拟合曲线可以看出，实施例中制备的侧面抛磨的端面腐蚀光纤应变结构具有良好的线性度。
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