(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210653586.6 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 南京信息 工程大学 地址 224002 江苏省盐城市 盐南高新区新 河街道文港南路10 5号 (72)发明人 刘博　赵立龙　毛雅亚　郑杰文　 吴翔宇　吴泳锋　孙婷婷　任建新　 戚志鹏　李莹　王凤　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董成 (51)Int.Cl. G01D 5/353(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G02B 26/00(2006.01) (54)发明名称 一种光纤传感器及其控制方法、 制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种光纤传感器及其控制方 法、 制备方法， 提出了 F‑P腔和谐振反射波 导混合 结构。 将SMF和HCST置于光纤熔接机中， 放电使 SMF与HCS T熔接。 在显微镜的帮助下， 切取合适的 HCST长度， 将HCST断面置于光纤熔接机中央， 设 置合适的光纤熔接机放电参数， 放电使部分HCS T 形成空气球。 能够同时测量高温和横向压力。 通 过在光纤传感系统中引入新结构， 使HCST同时作 为F‑P空气腔和谐振反射波导。 由于谐振反射波 导结构的存在， 提高了单独测量高温的灵敏度。 且由于空气泡结构在横向压力作用下易于发生 形变， 因此本传感器可以用作高温、 横向压力双 参数同时测量。 由于本发明传感器仅用到SMF和 HCST且结构简单， 因此不仅使得本发明性能稳定 而且还大大降低了传感器的成本 。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115077582 A 2022.09.20 CN 115077582 A 1.一种光纤传感器， 其特征在于， 包括： 单模光纤和 空芯硅管， 所述单模光纤连接空芯 硅管， 所述空芯硅管内设F ‑P腔， 所述F ‑P腔一端为柱形空腔， 另一端为球形空腔， 所述柱形 空腔的一端连接单模光纤， 另一端连通所述球形空腔； 其中柱形空腔的连接单模光纤的一 端为光被面M1， 球形空腔远离柱形空腔的一端为光被面M2， 所述柱形空腔的外侧为外墙M3， 内侧为内墙M4。 2.根据权利要 求1所述的一种光纤传感器， 其特征在于， 所述柱形空腔的长度为L1＝800 μm。 3.根据权利要求2所述的一种光纤传感器， 其特征在于， 所述球形空腔的截面为椭圆， 所述椭圆的长轴为 L3＝200 μm， 短轴为 L2＝100 μm。 4.根据权利要求3所述的一种光纤传感器的控制方法， 其特 征在于， 光束沿着光纤传感器轴向方向， 光被面M1和光被面M2反射形成F ‑P干涉仪， F ‑P干涉仪 的干涉强度为： 其中I1和I2分别是M1和M2反射光的光强； λ是真空中的波长； L4＝L1+L2是F‑P干涉仪的长 度； nair是空气的折 射率； 是两反射 光的相位差； 当相位差满足条件 即 出现干涉波谷； 其中m为整数， λm为第m级干涉 条纹的波长； 基于干涉波谷波长偏移的高温灵敏度表示 为： 其中 是空气的热光系数， 是硅材料热膨胀系数。 5.根据权利要求 4所述的一种光纤传感器的控制方法， 其特 征在于， 光束沿着径向方向， 光束被外墙M3和内墙M4反射同样形成F ‑P干涉仪， 空芯硅管的侧墙 看作硅腔， 在中心共振波长处， 大部 分光从侧墙通过， 导致透射光谱中出现了急剧的周期性 下降， 当光的波长逐渐偏离中心共振波长， 光束被限制在空芯硅管中， 光损耗逐渐减小， 当 传播波长远离共振波长， 光束被内部反射并限制在空芯硅管内作为引导核心模式； 空芯硅 管起到了谐振反射 光波导的作用， 第m ′谐振波长 λm′表示为： 其中d是空芯硅管的侧墙厚度， n1是空芯硅管的折 射率； 基于谐振波长偏移的高温灵敏度表示 为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115077582 A 2其中 是硅的热光系数。 6.根据权利要求5所述的一种光纤传感器的控制方法， 其特 征在于， 当横向压力 作用于球 形空腔上时， 会改变L2的长度， 从而 导致F‑P干涉波谷波长的偏移， 通过追踪F ‑P干涉波谷波长的偏移得到横向压力的变化； 假设横向压力和高温的变化值为 △N和△T， 则F‑P腔波谷dip1和波谷dip2的波长漂移 分别可以表示 为： △λdip1＝kN1△N+kT1△T △λdip2＝kN2△N+kT2△T (7) 其中kN1和kN2分别是传感器在波谷 dip1和波谷 dip2的横向压力灵敏度， kT1和kT2分别是 传感器在波谷dip1和波谷dip2的高温灵敏度； 同时测量横向压力和高温由方程(7)得到， 表示 为： 7.一种光纤传感器的制备 方法， 其特 征在于； 将剥去涂覆层的单模光纤和空芯硅管分别放入光纤熔接 机中， 并固定； 切取一段空芯硅管， 将切断后的空芯硅管断面置于光纤熔接机中， 移动光纤熔接机马 达使断面置于光纤熔接机面板中央， 设置光纤熔接机放电参数， 放电使部分空芯硅管内部 形成F‑P腔， 所述F ‑P腔一端为柱形空腔， 另一端为球形空腔。 8.根据权利要求7所述的一种光纤传感器的制备方法， 其特征在于， 空芯硅管切取的长 度为1000 μm。 9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质， 其特征在于： 所述一个或多个程 序包括指令， 所述指令当由计算设备执行时， 使得所述计算设备执行根据权利要求4至6所 述的方法中的任一方法。 10.一种计算设备， 其特 征在于， 包括： 一个或多个处理器、 一个或多个存储器以及一个或多个程序， 其中一个或多个程序存 储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行， 所述一个 或多个 程序包括用于执 行根据权利要求 4至6所述的方法中的任一方法的指令 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115077582 A 3