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专利号: 2020102379963
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于海洋的多参数传感仓,其特征在于,包括内部传感模块、外部传感模块和密封壳体:

所述外部传感模块设有直接与海水接触的三腔混合Fabry‑Perot干涉仪,位于密封壳体外,所述三腔混合Fabry‑Perot干涉仪在光纤上设有三个串联的腔体,分别为空气泡腔、SiO2腔和开腔,即内部传感模块发送的光信号依次经过空气泡腔、SiO2腔和开腔,所述空气泡腔、SiO2腔、开腔分别用于对传感仓所在海底位置的压力、温度、盐度参数的监测;

所述内部传感模块安装在所述密封壳体内,包括波长扫描模块、解调与调制系统、光环行器和供电模块;

所述波长扫描模块包括用作光源设备的激光器,其输出的光信号分成两路,一路与光环行器的第一个信号端口连接,以通过光环行器的第二个信号端口传输至外部传感模块干涉仪中,另一路则直接与解调与调制系统连接,而所述干涉仪的反馈信号则是通过光环行器的第三个端口发送至解调与调制系统;

所述密封壳体设有水密光纤接头,所述解调与调制系统的信号端通过所述水密光纤接头与水下光缆连接,通过光缆将输出信号发送至外部的信号接收端。

2.根据权利要求1所述一种用于海洋的多参数传感仓,其特征在于,设所述空气泡腔的前端面为第一反射端面M1,空气泡腔的后端面为第二反射端面M2,开腔的前壁面为第三反射端面M3,后壁面为第四反射端面M4;

所述三腔混合Fabry‑Perot干涉仪反射光的干涉强度I表示为:其中,I1为M1反射的光强,I2为M2反射的光强,I3为M3反射的光强,I4为M4反射的光强;

φ12=4πn1L1/λ、φ23=4πn2L2/λ和φ34=4πn3L3/λ分别为空气泡腔、SiO2腔、开腔的相移,φ13=φ12+φ23为空气泡腔和SiO2腔的双腔相加相移,φ24=φ23+φ34为SiO2和开腔的双腔相加相移,φ14=φ12+φ23+φ34为空气泡腔、SiO2腔和开腔的三腔相加相移,n1=1、n2=1.46分别为空气、光纤纤芯SiO2材料的折射率,n3为开腔中海水的折射率,L1、L2和L3分别为空气泡腔、SiO2腔和开腔的腔长。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于海洋的多参数传感仓,其特征在于,所述开腔在光纤径向方向的两个壁面上镀有反射膜。

4.一种用于海洋的多参数监测方法,其特征在于,在海底光缆上预设安装座,以权利要求1‑3中任一项所述多参数传感仓作为监测平台,将其密封壳体固定在海底光缆的安装座中,利用海底光缆供电和传输信号,利用传感仓外部传感模块干涉仪的空气泡腔、SiO2腔、开腔完成对传感仓所在海底位置的压力、温度、盐度参数的监测。

5.一种用于如权利要求1‑3中任一项多参数传感仓的制造方法,其特征在于,包括:步骤一:通过光纤熔接机将一段端面平齐的单模光纤与一段空心光纤毛细微管熔接到一起,并将毛细微管在预定位置处断开,熔接过程中,确保第一段单模光纤和毛细微管的中轴线在同一条直线上;

设所述单模光纤为第一段单模光纤,所述第一段单模光纤的外径大于毛细微管的内径,小于毛细微管的外径,同时第一段单模光纤纤芯的直径小于毛细微管的内径;

步骤二:利用电弧在毛细微管的末端放电,使毛细微管坍缩成一个空气泡腔;

步骤三:在所述空气泡腔的末端再熔接一段端面平整的单模光纤,并在预定位置处断开,得到第二段单模光纤,所述第二段单模光纤与第一段单模光纤在同一直线上;

步骤四:在第二段单模光纤的末端错位熔接一段端面平整的单模光纤,并在预定的位置处断开,得到第三段单模光纤;

在所述第三段单模光纤的末端再错位熔接一段端面平整的单模光纤,并在预定位置处断开,得到第四段单模光纤;

所述第二、第四段单模光纤的中轴线在同一直线上,第三段单模光纤在径向方向上偏移,使第二、第四段单模光纤之间形成一开腔,且第二、第四段单模光纤的纤芯至少露出一半,至此构成所述三腔混合Fabry‑Perot干涉仪的三腔结构;

上述步骤中,所述毛细微管和第二、第三段单模光纤的断面均为平面,而第四单段模光纤的断面则为具有凹凸结构的毛面。

6.根据权利要求5所述的多参数传感仓的制造方法,其特征在于:第一至第四段单模光纤的包层和纤芯的尺寸规格一致,所述空心光纤毛细微管的长度为80μm,内径为75μm,外径150μm;

第二段单模光纤的长度为150μm,第三段单模光纤的长度为200μm。

7.根据权利要求5所述的多参数传感仓的制造方法,其特征在于:步骤二的熔接过程中,设置70bit的电弧强度和2000ms的电弧放电时间,利用电弧在断面位置放电,使SiO2微管坍缩成一个空气泡腔;

步骤三的熔接过程中,设置10bit的电弧放电强度,1000ms的电弧放电时间,50μm的电弧偏离熔接点长度,10μm的熔接重叠长度;

步骤四的两个熔接过程中,设置5bit的电弧放电强度,750ms的电弧放电时间,8μm的熔接重叠长度。

8.根据权利要求5‑7中任一项所述的多参数传感仓的制造方法,其特征在于:制作第二、第三段单模光纤时,其断开处采用切断的方式,形成平整的断面,制作第四单模光纤时,其断开处采用折断的方式,以形成凹凸不平的断面,降低对干涉仪反射信号的影响。

9.根据权利要求5‑7中任一项所述的多参数传感仓的制造方法,其特征在于,包括:步骤五:将所述开腔径向方向的两个壁面镀上反射膜。