本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖傳感器、光纖傳感器制造方法及光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在石油開(kāi)采、化工產(chǎn)業(yè)和航空航天等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，傳感器常用于高溫環(huán)境下的參數(shù)測(cè)量。當(dāng)前，高溫環(huán)境下傳感器的通常使用輻射式紅外測(cè)溫儀和貴金屬制造的熱電偶傳感器。但熱電偶傳感器在高溫時(shí)抗氧化性能差，長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生較大誤差；輻射式紅外測(cè)溫儀常用于遠(yuǎn)距離遙測(cè)，但其測(cè)量精度不高、可靠性差。輻射式紅外測(cè)溫儀和貴金屬制造的熱電偶傳感器兩種常用傳感器在耐高溫能力、尺寸和抗電磁干擾等方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需求。而光纖傳感器具有抗電磁干擾、耐高溫、體積小、無(wú)源和便于復(fù)用等特點(diǎn)，為高溫環(huán)境下的參數(shù)測(cè)量提供了一條較佳的解決途徑。

但現(xiàn)有的光纖傳感器無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的雙參數(shù)測(cè)量，從而導(dǎo)致需要兩套光纖傳感器的測(cè)量系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)用在一個(gè)設(shè)備中，這樣既占用了設(shè)備中過(guò)多的空間，又增加了設(shè)備的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種光纖傳感器、光纖傳感器制造方法及光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法通過(guò)一個(gè)光纖傳感器對(duì)溫度和應(yīng)力進(jìn)行雙參數(shù)測(cè)量的缺陷。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，所述光纖傳感器，包括：第一光纖和第二光纖；

所述第一光纖和所述第二光纖均為圓柱體；

所述第一光纖的第一橫截面與所述第二光纖的第一橫截面熔接；所述第一光纖與所述第二光纖同軸；

所述第一光纖的第一橫截面用于反射所述第一光纖的第二橫截面的入射光；

所述第二光纖的第一橫截面設(shè)置有與所述第二光纖同軸的圓柱形孔；

所述圓柱形孔的底面用于反射所述第一光纖的第二橫截面的入射光；

所述第二光纖的第二橫截面用于反射所述第一光纖的第二橫截面的入射光。

進(jìn)一步的，所述第一光纖包括纖芯和包層；

所述纖芯為二氧化硅材料的晶體光纖；所述包層設(shè)置有多個(gè)圓柱形空氣柱；

所述圓柱形空氣柱的軸與所述第一光纖的纖芯軸平行。

進(jìn)一步的，所述纖芯折射率高于所述包層折射率，以使所述纖芯與所述包層的接觸面對(duì)光能夠全反射。

進(jìn)一步的，所述第二光纖為藍(lán)寶石光纖；所述第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

進(jìn)一步的，所述圓柱形孔填充氣體為空氣；所述圓柱形孔的長(zhǎng)度為10～3000μm；所述圓柱形孔的端面直徑為11～80μm。

本發(fā)明還提供一種光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，包括：光源、光譜測(cè)量單元、計(jì)算單元和上述光纖傳感器；

所述光源和所述光譜測(cè)量單元均設(shè)置在所述第一光纖的第二端面；

所述光譜測(cè)量單元，用于測(cè)量第一反射光與第二反射光的第一相位差；測(cè)量第二反射光與第三反射光的第二相位差；

所述第一反射光為所述第一光纖的第一橫截面的放射光；

所述第二反射光為所述圓柱形孔的底面的放射光；

所述第三反射光為所述第二光纖的第二橫截面的放射光；

所述計(jì)算單元，用于基于所述光譜測(cè)量單元測(cè)量得到的所述第一相位差和所述第二相位差，計(jì)算環(huán)境溫度和環(huán)境應(yīng)力。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算單元，具體用于：

基于所述光譜測(cè)量單元得到的所述第一相位差，計(jì)算所述圓柱形孔的長(zhǎng)度；根據(jù)所述圓柱形孔的長(zhǎng)度與應(yīng)力的映射關(guān)系，得到環(huán)境應(yīng)力；

基于所述光譜測(cè)量單元得到的所述第二相位差，計(jì)算所述圓柱形孔的底面至所述第二光纖的第二橫截面的距離；基于所述距離與溫度的映射關(guān)系，得到環(huán)境溫度。

本發(fā)明還提供一種光纖傳感器制造方法，包括：

步驟一，將第一光纖和第二光纖切割為設(shè)定長(zhǎng)度的圓柱體；

步驟二，通過(guò)飛秒激光在所述第二光纖的第一橫截面上加工一個(gè)與所述第二光纖同軸的圓柱形孔；

步驟三，通過(guò)熔接機(jī)將所述第一光纖的第一橫截面與所述第二光纖的第一橫截面熔接；所述第一光纖與所述第二光纖同軸。

進(jìn)一步的，所述第一光纖為二氧化硅材料的晶體光纖。

進(jìn)一步的，所述第二光纖為藍(lán)寶石光纖；所述第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

進(jìn)一步的，所述圓柱形孔填充氣體為空氣；所述圓柱形孔的長(zhǎng)度為10～3000μm；所述圓柱形孔的底面直徑為11～80μm。

進(jìn)一步的，所述熔接機(jī)的放電時(shí)間為0.3秒，所述熔接機(jī)的放電電流為4.8mA。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明所述一種光纖傳感器、光纖傳感器制造方法及光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，能夠通過(guò)一個(gè)光纖傳感器對(duì)溫度和應(yīng)力進(jìn)行雙參數(shù)測(cè)量，有效的減小了測(cè)量系統(tǒng)的體積，降低了制造成本；能夠適應(yīng)高溫環(huán)境的測(cè)量；具有體積小、靈敏度高和抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的光纖傳感器組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第三實(shí)施例的光纖傳感器制造方法流程圖；

圖3為本發(fā)明第五實(shí)施例的光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如后。

本發(fā)明第一實(shí)施例，一種光纖傳感器，如圖1所示，包括以下組成部分：

第一光纖10和第二光纖20。

第一光纖10和第二光纖20均為圓柱體。

第一光纖10的第一橫截面與第二光纖20的第一橫截面熔接；第一光纖10與第二光纖20同軸。

第一光纖10的第一橫截面用于反射第一光纖10的第二橫截面的入射光。

第二光纖20的第一橫截面設(shè)置有與第二光纖20同軸的圓柱形孔30。

圓柱形孔30的底面用于反射第一光纖10的第二橫截面的入射光。

第二光纖20的第二橫截面用于反射第一光纖10的第二橫截面的入射光。

本發(fā)明第二實(shí)施例，一種光纖傳感器，包括以下組成部分：

第一光纖和第二光纖。

第一光纖和第二光纖均為圓柱體。

第一光纖包括纖芯和包層。

其中，纖芯為二氧化硅材料的晶體光纖；包層設(shè)置有多個(gè)圓柱形空氣柱。

圓柱形空氣柱的軸與第一光纖的纖芯軸平行。

纖芯折射率高于包層折射率，以使纖芯與包層的接觸面對(duì)光能夠全反射。

第二光纖為藍(lán)寶石光纖；第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

第一光纖的第一橫截面與第二光纖的第一橫截面熔接；第一光纖與第二光纖同軸。

第一光纖的第一橫截面用于反射第一光纖的第二橫截面的入射光。

第二光纖的第一橫截面設(shè)置有與第二光纖同軸的圓柱形孔。

第二光纖為藍(lán)寶石光纖；第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

圓柱形孔的底面用于反射第一光纖的第二橫截面的入射光。

第二光纖的第二橫截面用于反射第一光纖的第二橫截面的入射光。

本發(fā)明第三實(shí)施例，一種光纖傳感器制造方法，如圖2所示，包括以下具體步驟：

步驟S301，將第一光纖和第二光纖切割為設(shè)定長(zhǎng)度的圓柱體。

步驟S302，通過(guò)飛秒激光在第二光纖的第一橫截面上加工一個(gè)與第二光纖同軸的圓柱形孔。

步驟S303，通過(guò)熔接機(jī)將第一光纖的第一橫截面與第二光纖的第一橫截面熔接；第一光纖與第二光纖同軸。

本發(fā)明第四實(shí)施例，一種光纖傳感器制造方法，包括以下具體步驟：

一種光纖傳感器制造方法，其特征在于，包括：

步驟S401，將第一光纖和第二光纖切割為設(shè)定長(zhǎng)度的圓柱體。

其中，第一光纖為二氧化硅材料的晶體光纖。

第二光纖為藍(lán)寶石光纖；第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

步驟S402，通過(guò)飛秒激光在第二光纖的第一橫截面上加工一個(gè)與第二光纖同軸的圓柱形孔。

其中，圓柱形孔填充氣體為空氣；圓柱形孔的長(zhǎng)度為10～3000μm；圓柱形孔的底面直徑為11～80μm。

步驟S403，通過(guò)熔接機(jī)將第一光纖的第一橫截面與第二光纖的第一橫截面熔接；第一光纖與第二光纖同軸。

其中，熔接機(jī)的放電時(shí)間為0.3秒，熔接機(jī)的放電電流為4.8mA。

本發(fā)明第五實(shí)施例，一種光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，如圖3所示，包括以下組成部分：

光源40、光譜測(cè)量單元50、計(jì)算單元60和光纖傳感器70；

光纖傳感器70包括：第一光纖10和第二光纖20。

第一光纖10和第二光纖20均為圓柱體。

第一光纖10的第一橫截面與第二光纖20的第一橫截面熔接；第一光纖10與第二光纖20同軸。

第二光纖20的第一橫截面設(shè)置有與第二光纖20同軸的圓柱形孔30。

光源40和光譜測(cè)量單元50均設(shè)置在第一光纖10的第二端面。

光譜測(cè)量單元50，用于測(cè)量第一反射光與第二反射光的第一相位差；測(cè)量第二反射光與第三反射光的第二相位差。

其中，第一反射光為第一光纖10的第一橫截面的放射光；

第二反射光為圓柱形孔30的底面的放射光；

第三反射光為第二光纖20的第二橫截面的放射光。

計(jì)算單元60，用于基于光譜測(cè)量單元50測(cè)量得到的第一相位差和第二相位差，計(jì)算環(huán)境溫度和環(huán)境應(yīng)力。

本發(fā)明第六實(shí)施例，一種光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，包括以下組成部分：

光源、光譜測(cè)量單元、計(jì)算單元和光纖傳感器；

光纖傳感器包括：第一光纖和第二光纖。

第一光纖和第二光纖均為圓柱體。

第一光纖包括纖芯和包層。

其中，纖芯為二氧化硅材料的晶體光纖；包層設(shè)置有多個(gè)圓柱形空氣柱。

圓柱形空氣柱的軸與第一光纖的纖芯軸平行。

纖芯折射率高于包層折射率，以使纖芯與包層的接觸面對(duì)光能夠全反射。

第二光纖為藍(lán)寶石光纖；第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

第一光纖的第一橫截面與第二光纖的第一橫截面熔接；第一光纖與第二光纖同軸。

第一光纖的第一橫截面用于反射第一光纖的第二橫截面的入射光。

第二光纖的第一橫截面設(shè)置有與第二光纖同軸的圓柱形孔。

第二光纖為藍(lán)寶石光纖；第二光纖的長(zhǎng)度為10～6000μm。

圓柱形孔的底面用于反射第一光纖的第二橫截面的入射光。

第二光纖的第二橫截面用于反射第一光纖的第二橫截面的入射光。

光源和光譜測(cè)量單元均設(shè)置在第一光纖的第二端面。

光譜測(cè)量單元，用于測(cè)量第一反射光與第二反射光的第一相位差；測(cè)量第二反射光與第三反射光的第二相位差。

其中，第一反射光為第一光纖的第一橫截面的放射光；

第二反射光為圓柱形孔的底面的放射光；

第三反射光為第二光纖的第二橫截面的放射光。

計(jì)算單元，用于基于光譜測(cè)量單元得到的第一相位差，計(jì)算圓柱形孔的長(zhǎng)度；根據(jù)圓柱形孔的長(zhǎng)度與應(yīng)力的映射關(guān)系，得到環(huán)境應(yīng)力；基于光譜測(cè)量單元得到的第二相位差，計(jì)算圓柱形孔的底面至第二光纖的第二橫截面的距離；基于該距離與溫度的映射關(guān)系，得到環(huán)境溫度。

通過(guò)具體實(shí)施方式的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)可對(duì)本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說(shuō)明之用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。