本发明涉及光纤传感，尤其涉及一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器及其制备方法。
背景技术：
1、光纤传感技术的研究在工程建筑、化工、生物等领域具有重要意义。马赫-曾德尔干涉仪具有高灵敏度、结构紧凑、集成度高、抗电磁干扰等特点，被广泛用于精确折射率、温度、曲率、应变等各种物理参数。目前为止，马赫-曾德尔干涉仪的研究主要集中在发展新型特种光纤和制作新颖光纤结构，研究人员已经提出了许多基于马赫-曾德尔干涉仪传感器结构的方案，如单模光纤-七芯光纤-单模光纤结构，单模光纤偏芯结构，多模光纤-薄芯光纤-多模光纤的三明治结构等。
2、多芯光纤是一种由多个光纤芯组成的新型特种光纤，允许更多的高阶模式在纤芯内共存，光可以传输至不同的芯，光的传输路径不同，从而发生光程差，在接受端形成多径干涉。我们将两段单模光纤与八芯光纤两端熔球结构拼接而成。
3、据目前所知，基于多芯光纤制备的传感器大多通过波长偏移来实现物理量的检测，这不免增加了检测成本，而基于强度调制的多芯光纤传感器灵敏度较低。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器及其制备方法，球形结构可以作为分束器和耦合器，更有效的激发高阶模式并与八芯光纤的强模式耦合机制相结合，在一定程度上提高了传感器的敏感度，是目前多芯光纤基于强度调制下的曲率灵敏度最高的光纤传感器，本发明制备的八芯光纤传感器温度灵敏度很低，解决了高曲率传感器温度交叉的技术问题。
2、为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器，所述曲率光纤传感器由宽带光源、第一单模光纤、第一球形结构、八芯光纤、第二球形结构、第二单模光纤、光谱仪依次连接而成；
3、所述第一单模光纤的一端通过fc/apc接头连接宽带光源，所述第一单模光纤的另一端连接第一球形结构的一端，八芯光纤连接第一球形结构的另一端和第二球形结构的一端，而第二球形结构的另一端连接第二单模光纤的一端，第二单模光纤的另一端作为输出端，通过fc/apc接头连接光谱分析仪。
4、作为本发明提供的一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器的曲率测量装置进一步优化方案，所述曲率测量装置由宽带光源、第一单模光纤、第一球形结构、八芯光纤、第二球形结构、第二单模光纤、光谱仪以及两个位移平台和螺旋测微仪组成；
5、使用时，首先宽带光源输出光源，通过第一单模光纤，传输至第一球形结构，八芯光纤，第二球形结构组成的传感器，将传感器放置在两个位移平台，旋转螺旋测微仪来进行曲率的测量，最后光再通过第二单模光纤传输至光谱仪进行检测分析，通过螺旋测微仪将传感器固定在两个平移台上，旋转平移台上的螺旋测位仪调整两个平移台之间的距离，通过改变曲率半径来改变曲率。
6、作为本发明提供的一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器的温度测量装置进一步优化方案，所述温度测量装置由宽带光源、第一单模光纤，第一球形结构，八芯光纤，第二球形结构，第二单模光纤，光谱仪和恒温箱组成；
7、使用时，首先宽带光源输出光源，通过第一单模光纤传输至第一球形结构，八芯光纤，第二球形结构组成的传感器，将传感器放置在恒温箱通过改变恒温箱的温度来实现温度的测量，最后光再通过第二单模光纤传输至光谱仪进行检测分析。
8、为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器的制备方法，包括以下步骤：
9、s1、将八芯光纤的涂覆层剥离，并用酒精擦拭干净，确保其端面干净无异物，然后将八芯光纤用切割机进行切割处理，保证切面平整；
10、s2、将切割好的光纤放入光纤熔接机，以多模-多模模式放电，放电完成后八芯光纤的一端被软化并成球形结构；
11、s3、然后将处理好的八芯光纤结构放置光纤熔接机的一端，再将单模光纤进行同样的切割处理，切割结束后将单模光纤放入光纤熔接机的另一端，打开熔接机的手动熔接模式，不断调整八芯光纤球形结构和单模光纤的位置，确保单模光纤纤芯和八芯光纤一致，确认好位置后，以单模-多模模式，放电进行熔接，单模光纤和八芯熔球结构熔接完毕；
12、s4、在确保切割精度和放电要求一致的情况下，重复上述步骤s1、步骤s2、步骤s3，实现另一端单模光纤和八芯熔球结构熔接完成。
13、所述步骤s2中，放电量范围至135-145库仑之间，放电次数3-5次。
14、所述步骤s3中，放电量范围设置至110-120库仑。
15、本发明制备的光纤传感器是单模光纤-八芯光纤-单模光纤直连的光纤传感器，通过对比单模光纤直连八芯结构和单模直连八芯熔球结构的透射光谱图，可以看出，与直接连接八芯光纤相比，八芯熔球结构的透射光谱出现了明显的干涉条纹和明显的dip，从这两种结构的空间频谱对比图，观察到八芯熔接结构的主高阶模的能量占比最高，说明其对外界的响应度最高，因此，选用八芯熔球结构制备的光纤曲率传感器灵敏度要比单模光纤直连八芯光纤结构好。
16、本发明的工作原理：当通过引入段单模光纤的入射光通过八芯熔球球结构时，由于单模光纤和球形结构之间的模场不匹配，会激发出高阶模式。通过球形结构的分光作用，在第一个球形结构-八芯光纤交界处将光很好的耦合到八芯光纤的八个纤芯中，一部分光耦合进八芯光纤的包层中，多种模式沿八芯光纤传播在第二个球形结构处汇聚，由于传播光路的不同，产生光程差，形成多径干涉。
17、本发明曲率传感器的光路传播顺序为：
18、宽带光源1输出的入射光通过第一单模光纤2进入第一球形结构3，通过球形结构的分光作用，从第一球形结构3传出的光信号进入八芯光纤4。光在纤芯、包层中传输，能量主要集中在光纤的八个纤芯中，一部分光耦合进八芯光纤4的包层中，多种模式沿八芯光纤4传播在第二个球形结构5处汇聚；最后，光信号传输到第二单模光纤6，这是系统的输出端。光信号从这里继续传输，最终可以连接到光谱仪7进行检测和分析。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20、1、本发明所提出的传感器结构是基于强度调制的多芯光纤传感器曲率灵敏度最高的，温度也是曲率传感器的关键影响因素，设计的基于球面熔接八芯光纤的传感器温度灵敏度很低，避免了曲率和温度的交叉影响。
21、2、本发明提出的基于球面熔接八芯光纤的高曲率传感器，实现具有单模-球形结构-八芯光纤-球形结构-单模结构的强度解调的光纤曲率传感器，通过设计八芯光纤两端的球形结构，使得单模光纤的光更容易激发、耦合到八芯光纤的纤芯和包层中，多种模式再通过第二个球结构重耦合从而提高传感器的性能；在0-0.09142m-1的曲率范围内，最大曲率灵敏度可达至101.18569db/m-1，线性度为0.989，是目前多芯光纤中基于强度调制的最大的曲率灵敏度。
22、3、本发明也对温度传感特性进行了测试，传感器的最大温度灵敏度仅为0.02173db/℃。解决了传统基于多芯光纤传感器曲率检测和温度检测的交叉敏感的问题。
23、4、本发明所提出的传感器灵敏度高，制作简单，在保证切割，熔球精度的前提下可重复性强，尤其是强度的环境参量检测，使得传感器在解调方面更具有优势，为低成本、易制备的多芯光纤的高灵敏度曲率传感器提供了一种有效的实现途径和解决方法。
1.一种基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器，其特征在于，所述曲率光纤传感器由宽带光源(1)、第一单模光纤(2)、第一球形结构(3)、八芯光纤(4)、第二球形结构(5)、第二单模光纤(6)、光谱仪(7)依次连接而成；
2.根据权利要求1所述的基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器的曲率测量装置，其特征在于，所述曲率测量装置由宽带光源(1)、第一单模光纤(2)、第一球形结构(3)、八芯光纤(4)、第二球形结构(5)、第二单模光纤(6)、光谱仪(7)以及两个位移平台(11)和螺旋测微仪(2)组成；
3.根据权利要求1所述的基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器的温度测量装置，其特征在于，所述温度测量装置由宽带光源(1)、第一单模光纤(2)，第一球形结构(3)，八芯光纤(4)，第二球形结构(5)，第二单模光纤(6)，光谱仪(7)和恒温箱(13)组成；
4.根据权利要求1所述的基于球面熔接八芯光纤的曲率光纤传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，放电量范围至135-145库仑之间，放电次数3-5次。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，放电量范围设置至110-120库仑。
