第34卷，第6期 2014年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol, 34,No, 6,pp1722-1726
June, 2014
基于光纤粗锥型马赫-曾德尔干涉仪的高灵敏度温度传感器的研制
赵娜"，傅海威".2，邵敏1.2，李辉栋'，刘颖刚'，乔学光
1.西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西西安
710065
2.西北大学物理系，陕西西安710069
摘要光纤传感是现代光纤技术的重要应用之一。制作了一种基于两个单模光纤粗锥串接的全光纤型马赫-曾德尔高温高灵敏温度传感器。纤芯中传输的光通过第一个光纤锥耦合，一部分进入纤芯传输，另一部分进人包层形成包层模，纤芯模和包层模具有不同的有效折射率，经过干涉臂的传输产生了光程差。纤芯和包层传输的光再经过第二个光纤锥耦合，形成干涉进人输出光纤传输。对不同长度的传感器进行实验研究得出传感臂长度与干涉周期之间的关系，研究了传感器温度响应特性，给出了温度响应灵敏度。实验结果表明，在30～400C温度范围内，长度为35mm的传感器可以得到较高的温度响应灵度，其响应灵披度为 0.115nm·C-1。利用傅里叶变换对传感器透射谱进行了分析，可以确定在长度为35mm的传感器中仅有基模LP和高阶模LP两种模式，透射谱就是由这两种模式干涉形成的该传感器体积小、精度高、抗电磁干抗，具有易于制作、对比度大、质轻、灵敏度高、耐高温等优点，可用于高温气体温度测量及油气并测井等领域的高灵敏度温度传感测量
关键词光纤传感器；温度传感；马赫-曾德尔干涉仪；光纤锥
中图分类号：TN253
引言
文献标识码：A
DOI: 10, 3964/j. issn. 10000593(2014)06-1722-05
简单，但通常需要用到特种光纤，增加了成本，第三种是气泡型1，11，用飞秒激光器或者蚀的方法在单模光纤上刻出空气槽，级联成为M-之传感器。该类传感器灵数度高，但
温度是重要的传感测量量之一。近年来，人们开发了多种光学传感器件用于温度测量，如光纤布拉格光（fiber bragg grating，FBG）传感器口，法布里-珀罗（Fabry-perot， F-P)传感器3.3]，麦克尔逊（Michelson)传感器}，萨格纳克传感器（Sagnac）[S-7]，光纤马赫-曾德尔（Mach-Zehnder，M-Z)传感器等，面光纤M-Z传感器除具有一般光纤传感器的优点外，还具有插人损耗低、制作简单、结构紧读、成本低廉等特性，固此，基于光纤M-Z结构的温度传感研究越来越受到重视，
光纤M-Z传感器大体上有以下几种，第一种是错位熔接型8，通过调节熔接机的参数，改变纤芯之间的错位量来实现模间干涉。但错位量难于控制、复现性弱。第二种是纤芯失配型"，不同芯径光纤的直接熔接会导致纤芯失配，从而激发出包层模而构成光纤M-之传感器。该类传感器制作
收稿日期；2013-07-29，修订日期：2013-12-15
难于制作，复现性弱。第四种是光纤锥型[，13}，通过调节熔接机的参数，对熔点进行推挤或拉伸，形成锥点来实现模间干涉。目前，基于光纤融锥型的光纤M-Z温度传感器成为研究的热点。L1等在单模光纤上，利用熔接机拉制出两个光纤细锥构成光纤锥型M-Z传感器，在30～350C范围内温度响应灵敏度为0.061nm·C-1，然而细光纤锥结构较为脆弱，在实际应用中有一定的抗拉伸缺陷
本文提出了一种高灵度的粗锥型光纤M-Z高温传感器。该传感器是用普通商用熔接机对单模光纤进行熔融拉锥，通过改变推进量来控制锥形，反复实验找到了最佳的熔接参数并制作出基于光纤粗锥的M-Z干涉传感器，给出了传感臀长度与干涉周期间的关系，对传输光谱进行了傅里叶分析。实验研究了高温段传感臂为35和8mm时的温度响应灵敏度，结果表明，该传感器耐高温、温度响应灵敏度高
基金项目：国家自然科学基金项目（61275088，61077060)，陕西省教育厅重点实验室科研计划项目（12JS077），西安石油大学研究生创新基
金项目（2013cx120837），西安石油大学2013年拟培育优秀硕士学位论文项目（Ys3703151414)和陕西省自然科学基础研究计划项目（2013JM8032)资联
作者简介：赵娜，女，1990年生，西安石油大学额士研究生
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