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1、(10)申请公布号 CN 103852089 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103852089 A (21)申请号 201410123666.6 (22)申请日 2014.03.29 G01D 5/32(2006.01) (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长春市前进大街 2699 号 (72)发明人 徐晓峰 汤国玉 韦珏 周微 康智慧 (74)专利代理机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 代理人 王恩远 (54) 发明名称 一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器 (57) 摘要 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。
2、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103852089 。
3、A CN 103852089 A 1/1 页 2 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。
4、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 的锥形微孔的数量大于或等于 10 个。 权 利 要 求 书 CN 103852089 A 2 1/2 页 3 一种多锥孔弯曲结构塑料光纤传感器 技术领域 0001 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 0002 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。
5、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。 0003 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 0004 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。
6、光纤弯曲结构。 0005 上述的技术问题通过以下的技术方案实现 ： 0006 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。 0007 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。 0008 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。 0009 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。 0010。
7、 有益效果 ： 0011 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 0012 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。 0013 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。 0014 图 3 为本发明所述的锥形孔示意图。 0015 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 说 明 书 CN 103852089 A 3 2/2 页 4 置示意图。 0016 图 5 为本发明实施例中测得的多锥孔塑料光纤和普通。
8、光纤的弯曲损耗图。 具体实施方式 0017 下面结合附图对本发明作进一步的说明。 0018 实施例 1 0019 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 -5570。 0020 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。
9、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。 0021 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。 0022 实施例 2 0023 在实施例 1 的基础上， 将锥形孔轴间距改为 1.。
10、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。 0024 实施例 3 0025 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。 0026 实施例 4 0027 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。 0028 实施例 5 0029 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。 0030 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。
11、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。 说 明 书 CN 103852089 A 4 1/2 页 5 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103852089 A 5 2/2 页 6 图 5 说 明 书 附 图 CN 103852089 A 6 。