本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種熔接式的開腔光纖EFPI折射率傳感器。

背景技術：

光纖傳感器由于它結構緊湊、輕便和抗電磁干擾和腐蝕的優點，已經有了很深入的發展。其中相位調制光纖傳感器由于采用的干涉技術而具有很高的檢測靈敏度，而光纖傳感器中光的干涉主要是通過各種光纖干涉儀來實現的。法布里-珀羅干涉儀結構的光纖傳感器以其結構簡單，體積小，高可靠性，高靈敏度，快時間響應，單光纖信號傳輸等優點得到了廣泛的應用。現大多數研究的折射率傳感器都需要標定，只能實現相對測量，本傳感器利用信號相關處理算法可以實現折射率的絕對測量。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種簡單結構的熔接式光纖EFPI折射率傳感器，該光纖傳感器利用信號相關處理算法，可以實現液體折射率的絕對測量。和一般的傳統EFPI傳感器相比，此傳感器具有大腔長，結構簡單，制作工藝簡易，應用靈活方便等優點。只需要單模光纖和石英毛細管即可，用光纖熔接機把兩段單模光纖熔接到石英毛細管上。利用光纖研磨紙將毛細管磨出缺口，待測液體可以進入到毛細管中，從而實現待測液體的折射率測量。

本發明的技術方案：

一種熔接式的開腔光纖EFPI折射率傳感器，采用解調F-P腔長方式，實現待測液體的折射率測量；該開腔光纖EFPI折射率傳感器由毛細管和單模光纖構成，將橫向切割平整的兩段單模光纖和毛細管焊接為整體，兩段單模光纖分別焊接在毛細管的兩端，利用單模光纖-毛細管-單模光纖兩個端面構成雙光束干涉結構，毛細管長度即為初始F-P腔長；將其整體彎曲固定，對毛細管的彎曲側頂面研磨至出現一個缺口，使液體可流入毛細管的空氣腔內。

所述的毛細管外徑為125um，毛細管外徑和光纖外徑相同，毛細管內徑為50-100um，中空的F-P腔長為50um～2mm。

一種熔接式的開腔光纖EFPI折射率傳感器制備方法如下：

將光纖熔接機用于單模光纖和石英毛細管的熔接，需要經過不斷的嘗試設置、調整熔接參數，最終得到熔接效果良好的完整參數，熔接制作傳感頭。將傳感頭固定在磨具上，利用光纖研磨至毛細管出現一個缺口，從而使液體可以流入空腔內，利用相關解調就可以實現待測液體折射率的絕對測量。

一個典型的F-P干涉儀的反射光強I主要受干涉儀的有效腔長nd的數值影響。反射光強可以由下面的公式來描述：

式中，I是干涉頻譜的總強度，A和B為常數，n為F-P干涉儀中空腔的折射率，d為F-P干涉儀的實際物理腔長，λ為自由空間光波長。

制作好的F-P干涉儀的實際距離是固定的，即實際物理腔長，而干涉儀的光學距離腔長直接取決于被測物質的折射率。該光學距離可以求出數值，實現被測物質折射率的絕對測量。入射光纖接的是如SM125光纖光柵解調儀等類型的波長掃描式光纖傳感信號解調儀。利用交叉相關的信號處理方式，可以求出F-P干涉儀的絕對有效腔長nd，空氣情況下折射率n約為1，測量得到的是毛細管空氣腔的物理腔長，通入待測液體時nd變化，物理腔長d不變，二者相除即可得到待測液體的折射率，實現對折射率的絕對測量。

本發明的有益效果：材料只需要單模光纖和石英毛細管即可，用光纖熔接機就可以把兩段單模光纖熔接到石英毛細管上。傳感器結構簡單，易于制作，成本較低，應用靈活方便。可以實現對待測液體折射率的絕對測量，不需標定，計算數值即為折射率的真實值。

附圖說明

圖1是熔接式的開腔光纖EFPI折射率傳感器示意圖。

圖2是熔接式的開腔光纖EFPI折射率傳感器制作流程圖。

圖中：1單模光纖；2毛細管。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。

本發明以單模光纖-毛細管-單模光纖兩個端面構成雙光束干涉結構，制成全石英光纖EFPI折射率傳感器。此處應用的是外徑125um的熔融石英毛細管，毛細管外徑和光纖外徑是一樣大小的，而其內部是中空的，空氣層內徑約為70um，這層空氣腔就是F-P腔，腔長在50um-2mm之間。毛細管部分磨出缺口，形成一個開放的F-P腔，使得待測液體可以流入到空腔內，這時可能通過測量F-P干涉儀的有效腔長來得到液體折射率。

(1)將切割平整的毛細管和單模光纖放在熔接機上，圖2左上圖是纖芯對準后的圖樣(左端為單模光纖，右端為毛細管)。(2)放電熔接過程，毛細管和單模光纖接合在一起，兩接觸端面平齊，沒有突起和皺縮。(3)在顯微鏡下切割毛細管，此步驟需要把前一步驟已經熔接好的部分從熔接機上拿到顯微鏡下。由于毛細管極易斷裂，操作時盡量拿住光纖一端，用手托住毛細管部分即可。比照光纖外徑，找到毛細管長度約為1mm的地方作為切口，用切割刀緩緩切下。(4)再次進行單模光纖和毛細管的熔接，至此兩段單模光纖已經熔接到一段1mm左右的毛細管兩端，傳感頭制作完成。(5)將熔接好的光纖毛細管結構固定到玻璃板上，將結構彎曲固定，方便研磨。(6)利用光纖研磨紙，研磨中間的毛細管，直至磨出缺口，使得液體可以進入毛細管當中。