中文引用格式： 李瑩潔，侯鈺龍，沈三民，等. 基于側(cè)向菲涅爾透鏡耦合的光纖漏水傳感器設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(8)：59-64.
英文引用格式： Li Yingjie，Hou Yulong，Shen Sanmin，et al. Design of optical fiber water leakage sensor based on lateral Fresnel lens coupling[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(8)：59-64.
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目前，液漏檢測廣泛應(yīng)用于水下裝備的水密性測試、大型數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體廠房、智能家居、圖書館等存在液體泄漏風(fēng)險的場所，以及石油化工存儲運輸和輸水管網(wǎng)的泄漏檢測。針對不同的場所、安裝環(huán)境和種類多樣的被測液體，需要采用不同的液漏檢測技術(shù)。
常見的泄漏檢測方法有聲波分析測漏法[1-2]、負(fù)壓波[3]、應(yīng)力波檢測法[4]、光纖檢測法[5-6]等，受限于特定的檢測環(huán)境，上述測量方法在復(fù)雜空間中的作用收效甚微。光纖檢測以其檢測種類多，抗電磁干擾，且非電測量不會造成海水接觸短路、漏電等天然優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。利用光纖可實現(xiàn)分布式[7]或準(zhǔn)分布式[8]檢測，既可監(jiān)測液漏信息也可實現(xiàn)漏點定位。
現(xiàn)有的光纖傳感器中，將液體泄漏事件轉(zhuǎn)換為溫度或應(yīng)變的轉(zhuǎn)換過程是不具備實時性的，將極大影響系統(tǒng)的實時性能。近期有關(guān)學(xué)者研究提出了一種光纖多源掃描定位的準(zhǔn)分布式漏水傳感器[9]，基于光纖側(cè)向耦合效應(yīng)，通過缺陷耦合結(jié)構(gòu)與LED燈帶之間的傳輸介質(zhì)變化直接反映泄漏事件，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量成本低、響應(yīng)速度快的優(yōu)點。但受限于光纖側(cè)耦合結(jié)構(gòu)造成的損耗以及光源較大的發(fā)散角，使得耦合進(jìn)光纖的光強(qiáng)太小，需要級聯(lián)中繼來增加測量距離，為獲得更高的分辨率，需要更多的中繼來實現(xiàn)。
菲涅耳透鏡因其厚度薄、質(zhì)量輕、體積小、透光性強(qiáng)等優(yōu)點[10]被應(yīng)用于應(yīng)用光學(xué)的許多領(lǐng)域，如光學(xué)傳感器系統(tǒng)的成像和光電集成[11-12]。由于上述光纖傳感器所用LED光源發(fā)散角太大，光源通過微米級的耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)入光纖的光強(qiáng)極低，需使用中繼才能增加傳輸距離。為增大進(jìn)入光纖的光強(qiáng)、提高分辨率，且不會增加中繼的使用，需設(shè)計一種能使光源有較強(qiáng)的匯聚作用，能滿足上述要求的、適用于上述準(zhǔn)分布式傳感器光源的菲涅爾透鏡。
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作者信息：
李瑩潔，侯鈺龍，沈三民，劉艷芳，苑佳馨
（中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點實驗室，山西 太原 030051）
