CN103852089B - 一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉及一种多锥孔弯曲结构的塑料光纤传感器。在具有弧形弯曲结构的塑料光纤上排列有圆锥形微孔，圆锥形微孔的轴线与光纤的中心轴垂直相交，所有圆锥形微孔的锥底中心在光纤的同一条母线上，且锥底中心所在的母线在所述的弧形弯曲结构的弧的外侧。圆锥形微孔可采用飞秒激光技术加工，具有加工方便，结构简单，成本低廉，灵敏度高，反应迅速等优点。本发明使得基于塑料光纤弯曲损耗机制的高精度传感测量得以实现。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感的技术领域，特别是涉及一种多锥孔弯曲结构的塑料光纤传感器。
背景技术
目前基于光纤弯曲，实现对外界物理量测量的结构主要有：直接弯曲、光纤光栅及各种干涉结构等。虽然以上结构对于弯曲均具有敏感特性，但这些结构都存在固有缺点或不足：玻璃光纤直接弯曲易折断；塑料光纤直接弯曲不敏感；各种光栅和干涉结构的制作工艺要求高，加工难度大，测量系统成本很高。
塑料光纤质轻、柔软，更耐破坏（振动和弯曲）。塑料光纤有着优异的拉伸强度、耐用性和占用空间小的特点。此外，塑料光纤的连接损耗小，易于加工。以上特点使塑料光纤在传感领域具有广泛的应用前景，但是普通塑料光纤对于弯曲极不敏感，使得利用塑料光纤的弯曲损耗来实现高精度的传感探测极为困难。因此，研制具有弯曲敏感特性的塑料光纤结构具有重大意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服普通塑料光纤无法利用弯曲损耗特性实现高精度传感的缺点，提供一种具有弯曲敏感特性的多锥孔塑料光纤弯曲结构。
上述的技术问题通过以下的技术方案实现：
一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器，其特征是，在具有弧形弯曲结构的塑料光纤上排列有圆锥形微孔，圆锥形微孔的轴线与光纤的中心轴垂直相交，所有圆锥形微孔的锥底中心在光纤的同一条母线上，且锥底中心所在的母线在所述的弧形弯曲结构的弧的外侧。
所述的塑料光纤可以是各种标准尺寸的阶跃多模塑料光纤。
所述的圆锥形微孔的锥底直径优选10微米～500微米；相邻圆锥形微孔的锥底中心间距优选0.5毫米～1毫米。
所述的锥形微孔的数量大于或等于10个时，实验表明效果更好。
有益效果：
本发明多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器，具有结构简单，成本低廉，灵敏度高，反应迅速等优点。本发明使得基于塑料光纤弯曲损耗机制的高精度传感测量得以实现。
附图说明
图1为本发明多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器的侧视示意图。
图2为本发明多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器的俯视示意图。
图3为本发明所述的锥形孔示意图。
图4为本发明实施例测试多锥孔塑料光纤和普通光纤的弯曲损耗所用的实验装置示意图。
图5为本发明实施例中测得的多锥孔塑料光纤和普通光纤的弯曲损耗图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
所用光纤是日本三菱公司生产的阶跃多模聚合物光纤，具体型号为ESKA-CK40，光纤的外直径是1.00mm，纤芯直径是0.96mm，纤芯由聚甲基丙烯酸甲酯构成，纤芯折射率为1.492；包层厚度是0.02mm，包层由氟树脂构成，包层折射率为1.417；数值孔径NA=0.467，传输损耗是200dB/km，光纤的正常工作温度是-55℃—70℃。
利用800nm飞秒激光在上述塑料光纤上打出13个锥形孔，各锥形孔轴线平行，且均与光纤中轴线垂直相交，相邻锥形孔的轴线距离为0.5mm，锥底直径150um，锥底都在光纤的同一条母线上，锥尖不穿透光纤另一侧的包层，制作出一条13个锥孔的塑料光纤；再将塑料光纤的打孔区缠绕弯曲成弧，并使圆锥形微孔的锥底处于弧的外侧。
如图4，打锥形孔塑料光纤通过耦合器分别与光源和光电探测器相连，经测量耦合器插拔损耗小于0.5dB。将塑料光纤的锥形孔区缠绕在圆柱上，改变圆柱半径以改变锥形孔塑料光纤的弯曲度，记录数据并计算损耗随弯曲半径的变化情况，结果见图5。
实施例2
在实施例1的基础上，将锥形孔轴间距改为1.0mm，其它参数不变，测试损耗随弯曲半径的变化情况，结果见图5。
实施例3
在实施例1的基础上，将锥形孔数量改为20个，其它参数不变，测试损耗随弯曲半径的变化情况，结果见图5。
实施例4
在实施例2的基础上，将锥形孔数量改为20个，其它参数不变，测试损耗随弯曲半径的变化情况，结果见图5。
实施例5
选一条参数和实施例1相同的塑料光纤，但不打孔，用实施例1的测试方法测试损耗随弯曲半径的变化情况，结果见图5。
对比实施例1～5，可见普通塑料光纤对于弯曲极不敏感，而多锥孔塑料光纤的弯曲结构对于弯曲极为敏感。从实验例子可见，当弯曲半径从7.5cm变到0.6cm时，未打孔的普通塑料光纤损耗变化了约2dB，而多锥形孔塑料光纤的损耗变化了近20dB，可见本发明多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器的损耗对弯曲半径的变化非常敏感，且孔的数量越多，效果越明显。根据塑料光纤的损耗特性可以测量各种可以导致本发明弯曲半径变化的物理量，如质量，压力，温度等。
Claims (4)
1.一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器，其特征是，在具有弧形弯曲结构的塑料光纤上排列有圆锥形微孔，圆锥形微孔的轴线与光纤的中心轴垂直相交，所有圆锥形微孔的锥底中心在光纤的同一条母线上，且锥底中心所在的母线在所述的弧形弯曲结构的弧的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器，其特征在于，所述的塑料光纤为阶跃多模塑料光纤。
3.根据权利要求1或2所述的一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器，其特征在于，所述的圆锥形微孔的锥底直径为10微米～500微米；相邻圆锥形微孔的锥底中心间距为0.5毫米～1毫米。
4.根据权利要求1或2所述的一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器，其特征在于，所述的圆锥形微孔的数量大于或等于10个。
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