專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗電磁干擾、適用于遠(yuǎn)距離及分布式傳感等諸多優(yōu)點(diǎn)，光纖傳感器在實(shí)際工程中取得了廣泛的應(yīng)用與研究。之前人們對(duì)基于長(zhǎng)周期光纖光柵的微彎傳感器進(jìn)行了大量的研究，長(zhǎng)周期光纖光柵將纖芯模耦合進(jìn)包層，彎曲長(zhǎng)周期光纖光柵可影響纖芯模到包層模的耦合效率，從而實(shí)現(xiàn)彎曲傳感。通常，先前提出的基于長(zhǎng)周期光纖光柵結(jié)構(gòu)的微彎傳感器在進(jìn)行彎曲測(cè)量時(shí)，往往會(huì)受到其他參量的影響，如溫度，應(yīng)力。而且長(zhǎng)周期光纖光柵的模式耦合發(fā)生在一個(gè)相對(duì)較寬的波段，這樣就限制了它的復(fù)用能力。布拉格光纖光柵進(jìn)行微彎測(cè)量也被進(jìn)行了一些研究。然而，普通的布拉格光纖光柵中，纖芯模無(wú)法耦合進(jìn)包層，因此在進(jìn)行彎曲測(cè)量，必須通過(guò)特殊的工藝，使纖芯模能夠耦合進(jìn)包層，從而與外界媒質(zhì)相互最用，已經(jīng)報(bào)道的處理方法有腐蝕、研磨、采用D型光纖光柵。這無(wú)疑會(huì)加大制造難度而且還會(huì)提高損耗。傾斜光纖光柵可將纖芯模耦合進(jìn)后向傳輸?shù)陌鼘幽?，因而可以進(jìn)行微彎的測(cè)量。然后，傾斜光纖光柵偶合進(jìn)包層的纖芯模具有一個(gè)很寬的波段，因而增加了復(fù)用以及波長(zhǎng)解調(diào)方面的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器。該裝置能夠?qū)⒋郎y(cè)物體的彎曲量轉(zhuǎn)化為探測(cè)信號(hào)的波長(zhǎng)漂移量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、靈敏度高等特點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)由長(zhǎng)周期光纖光柵(1)、布拉格光纖光柵(2)、單模光纖(3)、封裝套管(4)和連接頭(5)組成；長(zhǎng)周期光纖光柵(1)之前經(jīng)單模光纖(3)與連接頭(5)相連，長(zhǎng)周期光纖光柵 (1)之后經(jīng)單模光纖(3)與布拉格光纖光柵(2)相連，長(zhǎng)周期光纖光柵(1)和布拉格光纖光柵⑵均由封裝套管⑷保護(hù)。所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于長(zhǎng)周期光纖光柵(1)的周期范圍為500 600 μ m,光柵長(zhǎng)度為2 3cm。所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于布拉格光纖光柵(2)的中心波長(zhǎng)范圍為1535 1545nm，光柵長(zhǎng)度為1 2cm。所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于單模光纖(3) 可采用G. 652、G. 653、G. 655單模光纖。所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于封裝套管(4) 可采用硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂或天然橡膠。本發(fā)明的工作原理是光在單模光纖(3)中傳輸經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)時(shí)，部分纖芯模被耦合進(jìn)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)的包層，包層模與剩余的纖芯模繼續(xù)沿單模光纖(3) 傳輸，經(jīng)過(guò)布拉格光纖光柵(2)，滿(mǎn)足布拉格條件的兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光將被反射，，反射波長(zhǎng)由下式?jīng)Q定λε1 = 2η1Λ，λ。。= 2η。。Λ，Iid為包層的有效折射率，1。為纖芯的有效折射率，Λ為光柵周期。不滿(mǎn)足布拉格條件的包層模與纖芯模由于散射和吸收而損失。當(dāng)被反射的包層模經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵 (1)時(shí)，部分會(huì)被耦合進(jìn)單模光纖(3)的纖芯。類(lèi)似的，被反射回的纖芯模進(jìn)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)時(shí)部分也會(huì)被耦合進(jìn)單模光纖(3)的包層，剩余的纖芯模會(huì)通過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵
(1)。因此，反射光譜中將出現(xiàn)分別對(duì)應(yīng)包層模與纖芯模的2個(gè)峰。彎曲長(zhǎng)周期光纖光柵(1) 會(huì)導(dǎo)致纖芯模與包層模的耦合效率發(fā)生改變，從而會(huì)使反射光譜隨彎曲程度的改變發(fā)生漂移，測(cè)量不同彎曲程度下反射峰波長(zhǎng)漂移的大小可以實(shí)現(xiàn)曲率的測(cè)量。本發(fā)明的有益效果是利用長(zhǎng)周期光纖光柵(1)對(duì)彎曲具有較高的靈敏度這一特性，該裝置能夠獲得高的靈敏度，反射光譜中有對(duì)應(yīng)包層模與纖芯模的2個(gè)峰，而且兩個(gè)反射峰具有相同的溫度響應(yīng)特性，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)峰的波長(zhǎng)間隔，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度不敏感。


圖1是本發(fā)明包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器示意2是本發(fā)明的微彎實(shí)驗(yàn)示意3是本發(fā)明的微彎實(shí)驗(yàn)光譜變化曲線(xiàn)圖4是本發(fā)明的靈敏度響應(yīng)曲線(xiàn)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述參見(jiàn)附圖1，一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其構(gòu)造為由長(zhǎng)周期光纖光柵(1)、布拉格光纖光柵(2)、單模光纖(3)、封裝套管(4)和連接頭(5)組成。長(zhǎng)周期光纖光柵(1)之前經(jīng)單模光纖(3)與連接頭(5)相連，長(zhǎng)周期光纖光柵(1)之后經(jīng)單模光纖(3)與布拉格光纖光柵(2)相連，長(zhǎng)周期光纖光柵(1)和布拉格光纖光柵(2)均由封裝套管(4)保護(hù)。光在單模光纖(3)中傳輸經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)時(shí)，部分纖芯模被耦合進(jìn)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)的包層，包層模與剩余的纖芯模繼續(xù)沿單模光纖(3)傳輸，經(jīng)過(guò)布拉格光纖光柵(2)，滿(mǎn)足布拉格條件的兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光將被反射，反射光譜中將出現(xiàn)分別對(duì)應(yīng)包層模與纖芯模的2個(gè)峰。本發(fā)明中采用的長(zhǎng)周期光纖光柵(1)由CO2激光器通過(guò)逐點(diǎn)寫(xiě)入發(fā)刻寫(xiě)，折射率調(diào)制周期為530 μ m,光柵長(zhǎng)度為2. 5cm,布拉格光纖光柵(2)由K,F準(zhǔn)分子激光器(248nm) 通過(guò)相位掩膜法刻寫(xiě)而成，柵區(qū)長(zhǎng)度為1.5cm，中心波長(zhǎng)為1540nm，長(zhǎng)周期光纖光柵(1)與布拉格光纖光柵(2)的相隔1cm。長(zhǎng)周期光纖光柵(1)與光纖光柵(2)采用硅橡膠封裝，圖
(2)是本發(fā)明在進(jìn)行彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)的示意圖，將布拉格光纖光柵(2)固定，彎曲長(zhǎng)周期光纖光柵(1)上的封裝套管(4)，使長(zhǎng)周期光纖光柵(1)隨著封裝套管(4) 一起彎曲，連接頭(5)通過(guò)一個(gè)3dB耦合器與光源和光譜儀相連，用光譜儀測(cè)量長(zhǎng)周期光纖光柵(1)上的封裝套管(4)在不同彎曲程度下時(shí)反射光譜的變化。得到圖(3)所示的7組在不同彎曲程度下的光譜圖，光譜諧振峰波長(zhǎng)會(huì)隨著彎曲程度的改變而漂移。圖(4)記錄了本發(fā)明在進(jìn)行微彎實(shí)驗(yàn)時(shí)不同的彎曲量對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)漂移量，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，得出了該發(fā)明所提供的微彎傳感器的靈敏度響應(yīng)曲線(xiàn)。本發(fā)明在進(jìn)行實(shí)際微彎測(cè)量時(shí)，可將封裝好的長(zhǎng)周期光纖光柵(1)剛性粘貼在待測(cè)物體表面。當(dāng)待測(cè)物體發(fā)生微彎形變時(shí)，可以檢測(cè)光譜諧振波長(zhǎng)的漂移量，結(jié)合圖(4)所示的靈敏度響應(yīng)曲線(xiàn)，得出待測(cè)物體的微彎大小，從而可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)物體彎曲大小的測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征為由長(zhǎng)周期光纖光柵(1)、布拉格光纖光柵(2)、單模光纖(3)、封裝套管(4)和連接頭(5)組成；長(zhǎng)周期光纖光柵(1)之前經(jīng)單模光纖(3)與連接頭(5)相連，長(zhǎng)周期光纖光柵(1)之后經(jīng)單模光纖(3)與布拉格光纖光柵(2)相連，長(zhǎng)周期光纖光柵(1)和布拉格光纖光柵(2)均由封裝套管(4)保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于 長(zhǎng)周期光纖光柵(1)的周期范圍為500 600 μ m，光柵長(zhǎng)度為2 3cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于 布拉格光纖光柵(2)的中心波長(zhǎng)范圍為1535 1545nm，光柵長(zhǎng)度為1 2cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于 單模光纖(3)可采用G. 652、G. 653、G. 655單模光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，其特征在于 封裝套管(4)可采用硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂或天然橡膠。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于包層模傳輸?shù)墓饫w光柵微彎傳感器，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于由長(zhǎng)周期光纖光柵(1)、布拉格光纖光柵(2)、單模光纖(3)、封裝套管(4)和連接頭(5)組成；光在單模光纖(3)中傳輸經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)時(shí)，部分纖芯模被耦合進(jìn)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)的包層，包層模與剩余的纖芯模繼續(xù)沿單模光纖(3)傳輸，經(jīng)過(guò)光纖光柵(2)，滿(mǎn)足布拉格條件的兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光將被反射，反射光譜中將出現(xiàn)分別對(duì)應(yīng)包層模與纖芯模的2個(gè)峰；當(dāng)長(zhǎng)周期光纖光柵(1)發(fā)生彎曲時(shí)，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)峰的漂移來(lái)測(cè)量長(zhǎng)周期光纖光柵(1)的彎曲程度；該傳感器靈敏度高、抗外界電磁干擾能力強(qiáng)，可以應(yīng)用于各類(lèi)實(shí)際工程中。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102305637SQ201110213938
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者李可, 沈常宇, 牟晟, 褚金雷, 鄒新, 鐘川 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院