技术领域
[0001] 本申请涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种基于S‑M‑S拼接拉锥谐振环光纤传感器及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 光纤传感器因其独特的光学特性、小型化、抗电磁干扰能力强、可远程监测等优点，在各种物理量的检测中得到了广泛应用。特别是在环境监测、生物医疗、石油化工等领域，对温度和折射率的同时测量需求日益增加。
[0003] 近年来，光纤谐振环传感器因其独特的光学干涉效应和高灵敏度特性，成为研究的热点。然而，大多数光纤谐振环传感器通常只能测量单一物理量，如温度或折射率，难以同时准确测量这两个参数。传统的折射率测量方法，如折射仪和光学干涉仪，通常存在体积大、成本高、不易集成等问题。而温度测量则常用热电偶、热敏电阻等，这些方法同样面临类似问题。
[0004] 因此，实现一种能够同时测量折射率和温度的小型化、低成本、高灵敏度的传感器具有重要的实用价值。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
[0041] 参见图1，本申请实施例中的基于S‑M‑S拼接拉锥谐振环3光纤传感器，包括：与超连续光谱源相连接的第一单模光纤1，所述第一单模光纤1的输出端与第一七芯光纤2相连接，所述第一七芯光纤2的输出端连接一谐振环3，所述谐振环3套设在低折射率UV胶通道4上，谐振环3输出端连接第二七芯光纤5，所述第二七芯光纤5的输出端与第二单模光纤6相连接，所述第二单模光纤6输出端与光谱仪相连接。
[0042] 本实施中，所述七芯光纤型号为FIBERCORE SM‑7C1500(6.1/125)，单模光纤型号为corning(R)single‑mode Optical Fiber，uv胶为简恩低折射率uv胶(PC363)，超连续谱光源为YSL,SC‑5,spectrum range 450‑2400nm，光谱仪为Yokogawa,AQ6370D,spectral range 600‑1700nm。
[0043] 所述第一七芯光纤2与所述谐振环3之间为第一锥区7，所述第二七芯光纤5与所述谐振环3之间为第二锥区8，所述第一锥区7和所述第二锥区8为七芯光纤拉锥形成。所述第一七芯光纤2、第一锥区7、谐振环3、第二锥区8和第二七芯光纤5为一整体，通过拉锥七芯光纤后回收形成所述谐振环3。
[0044] 所述七芯光纤拉锥后回收形成的所述谐振环3为微纳光纤谐振环3，微纳光纤具有倏逝场，微纳光纤谐振环3内一部分光沿着纤芯传播，一部份光露出纤芯相互干扰，发生干涉。
[0045] 设光波在谐振环3中的传播常数为β，光在所述微纳光纤谐振环3内发生干涉的公式为：
[0046]
[0047] 其中Δ φ是相位差，neff,SM和neff,C分别是单模光纤和七芯光纤的有效折射率，λ是光波长，m是整数，L为七芯光纤拉锥部分的耦合长度。
[0048] 传感器的共振条件对折射率和温度非常敏感。折射率变化会导致有效折射率的变化，从而改变相位差Δ φ。温度变化会影响光纤的折射率和光波的波长，进而影响共振条件。
[0049] 灵敏度分析：通过测量共振波长的变化，可以计算出折射率和温度的变化。灵敏度公式如下：
[0050]
[0051]
[0052] 其中，Sn和ST分别是折射率和温度的灵敏度，Δλ是共振波长的变化，Δn和ΔT分别是折射率和温度的变化。
[0053] 与上述实施例提供的一种基于S‑M‑S拼接拉锥谐振环光纤传感器相对应，本申请还提供了一种基于S‑M‑S拼接拉锥谐振环光纤传感器的制备方法。
[0054] 参见图2，本实施例中的基于S‑M‑S拼接拉锥谐振环光纤传感器的制备方法，包括：
[0055] S1，通过亚克力棒、塑胶管和uv胶制作uv胶通道。
[0056] 制作uv胶通道，准备如下材料，亚克力棒穿过塑胶管，留一小部分空间用于滴入低折射率uv胶。亚克力棒直径1mm，将uv胶滴入塑胶管中，滴入uv胶后会顺着塑胶管包覆在亚克力棒上，用紫外光照射20min以上。遮光盒的作用时形成一个暗室，这样固化效果会有所提升。然后自然固化4小时后通过塑胶管和uv胶之间的摩擦力可将uv胶剥离，形成uv胶通道，uv胶通道直径约为1mm。
[0057] S2，将第一单模光纤、七芯光纤和第二单模光纤依次进行熔接。
[0058] 两根单模光纤拼接一根七芯光纤，七芯光纤长度为2cm，单模光纤任意长度。
[0059] S3，将所述七芯光纤放置于拉锥机进行拉锥，拉锥完成后回收自动形成微纳光纤谐振环。
[0060] 设置拉锥机参数，氢气流量170SCCM，拉伸速度50μm/sec，点动速度35μm/sec，马达进延时3s。打开氢气点火拉锥，七芯光纤拉锥长度25000μm，直径达到2μm。调节拉锥机初始距离，回收长度为8000μm，回收后自动成环。
[0061] S4，用辅助装置将uv胶通道固定，然后将uv胶通道穿过所述微纳光纤谐振环。
[0062] S5，通过调节参数一步步收紧微纳光纤谐振环，最后通过显微镜观察谐振环完全收紧在通道上，将所述微纳光纤谐振环进行封装。
[0063] 通过调节参数一步步收紧谐振环，刚开始每次收紧长度为1000μm，通过显微镜观察，即将收紧时收紧长度为100μm，最后通过显微镜观察谐振环完全收紧在通道上，之后滴上低折射率uv胶，用紫外灯照射固化5‑10min，将其封装。
[0064] S6，微纳光纤谐振环封装后，在七芯光纤未拉锥部分滴上uv胶，紫外灯照射固化将七芯光纤固定在载玻片上。
[0065] S7，将制作好的光纤传感器通过跳线一端连接超连续谱光源，另一端连接光谱仪进行测试。
[0066] 参见图3，对光纤传感器进行测试时，将光纤传感器置于不同浓度的NH4Cl(氯化铵)溶液中，分别进行多次测试，以获得不同NH4Cl溶液对光波长的影响。
[0067] 如图4所示，随着NH4Cl溶液浓度的增加，波长呈现出红移现象，即波长变长，图4中的数据点和拟合曲线表明了波长与NH4Cl浓度之间的相关性。波长与浓度之间的关系可以近似看作是线性的，拟合曲线的方程为y＝52.85714x+1.21429x，其中y代表波长的变化(可能以某种单位表示的波长偏移或折射率变化)，x代表NH4Cl溶液的浓度百分比，k值代表灵2 2
敏度，达到52.85714nm/％。R＝0.98032表示这种线性拟合的拟合度非常高，R(决定系数)越接近1，说明模型的预测效果越好。
[0068] 当然，除了化学溶液的影响，温度变化也会导致波长蓝移现象。如图5所示，随着温度的降低，波长变短，即发生蓝移现象。这意味着光的波长随着温度的减少而向较短的波长方向移动。图中的数据点显示了不同温度下的波长测量值。拟合曲线是根据数据点绘制的，用以预测在不同温度下的波长变化。曲线的方程为y＝‑0.45486x+1221.66476，其中y代表波长，x代表温度(摄氏度)k值代表灵敏度，达到454.68pm/％。这个方程表明波长与温度之2
间存在线性关系，且波长随温度的降低而减少。R ＝0.98075表示拟合曲线的拟合度非常
2
高，R (决定系数)接近1，说明模型能够很好地预测波长与温度的关系。图5中还标注了不同温度下波长的数值，例如在‑35.0℃时波长为1208nm，而在‑40.5℃时波长为1200nm，显示了波长随温度变化的具体数值。
[0069] 本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a,b,c,a‑b,a‑c,b‑c,或a‑b‑c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
[0070] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
