一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置，其包括ASE光源、光环形器、级联长周期光纤光栅、光纤功率计及由光纤布拉格光栅、固定的第一光纤夹具、可移动的第二光纤夹具和设于第二光纤夹具上的拉力计组成的应力驱动传感装置，ASE光源的输出端与光环形器的第一个端口连接，光环形器的第二个端口与光纤布拉格光栅的第一端连接，且第二端悬空，第一光纤夹具夹住光纤布拉格光栅的第一端，第二光纤夹具夹住光纤布拉格光栅的第二端，光环形器的第三个端口与级联长周期光纤光栅的第一端连接，级联长周期光纤光栅的第二端与光纤功率计连接；优点是结构简单、成本低，使用方便，反应迅速，有较好的线性输出，适于动态、静态测量。

A sensing device for measuring stress based on cascaded long period fiber gratings

The utility model discloses a sensing device for measuring stress based on the cascaded long-period fiber gratings, including ASE light source, an optical circulator, cascaded long period fiber grating, optical power meter and a fiber Prague grating, fixed first optical fiber fixture, movable fixture is arranged on the second and second optical fiber fixture the tension meter composed of stress driven sensing device, the first port and the output end of the optical circulator ASE light source and connecting the first end of the second port circulator with fiber Prague grating connection, and the second end is suspended, the end of the first optical fiber clamp fiber Prague grating, optical fiber Prague second clamp the second end of the first end of the grating, optical circulator with third ports of cascaded long period fiber grating with second cascaded long period fiber grating The utility model has the advantages of simple structure, low cost, convenient operation, quick response and good linear output, and is suitable for dynamic and static measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置
本技术涉及一种应力测量传感装置，尤其是涉及一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置。
技术介绍
光纤光栅是近年来出现的一种性能优良的光学无源器件，其具有柔软性好、精度高、抗电磁干扰和易于加工等优良物理性能。其中，光纤布拉格光栅对温度和应力极为敏感，通过检测光纤布拉格光栅的反射波长的变化能够有效的监测温度、应力、形变等物理量，国内外对光纤布拉格光栅的传感特性进行了广泛的研究，光纤布拉格光栅的工作原理是在满足相位匹配的条件下，使共振波长模式之间发生耦合来达到波长的选择；长周期光纤光栅的耦合原理是前向传输的包层模与纤芯基模间的耦合，使在透射谱中表现为具有较大带宽的吸收峰；级联长周期光纤光栅则是一种采用两个参数相同的长周期光纤光栅串接而成的光纤光栅器件，当连续宽带光源经光纤纤芯传输通过第一个长周期光纤光栅时，光能量被分成两部分，一部分能量继续沿光纤纤芯传输，另一部分能量则被耦合到包层中，若两个长周期光纤光栅相隔距离不太远，则包层中的光衰减有限，在通过第二个长周期光纤光栅时被再次耦合到光纤纤芯中，与原来光纤纤芯中传输的光束发生马赫-曾德尔干涉，使级联长周期光纤光栅比单个长周期光纤光栅具有较窄的吸收峰，可大大提高使用级联长周期光纤光栅的传感装置的测量灵敏度。光纤光栅传感解调技术也得到了不断发展，相继提出了多种传感解调方案。1992-1994年，MelleSM和DavisMA等人提出了边沿滤波解调法，边沿滤波解调的主要原理是在长周期光纤光栅的透射谱的吸收峰两侧各有一段近似线性的波段，在此波段的透射率与波长有近似线性关系，经长周期光纤光栅滤波后光纤布拉格光栅的反射光强随中心波长的关系按滤波曲线变化，由此来检测光纤布拉格光栅的反射波长信息。边沿滤波解调法具有广泛的应用价值，结合边沿滤波解调法来检测光纤布拉格光栅的反射波长信息可实现对反射谱进行波长解码，而光纤布拉格光栅受到应力发生应变时其反射谱的中心波长会发生偏移，由于受到级联长周期光纤光栅边沿的调制，因此可使光纤布拉格光栅的反射谱功率发生变化。因此如何利用级联长周期光纤光栅进行光纤布拉格光栅线性解调来实现应力测量值得研究。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置，其结构简单、成本低，使用方便，反应迅速，具有较好的线性输出，适用于动态、静态测量。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置，其特征在于包括测试用的ASE光源、光环形器、应力驱动传感装置、级联长周期光纤光栅和光纤功率计，所述的应力驱动传感装置由光纤布拉格光栅、固定不动的第一光纤夹具、可移动的第二光纤夹具和设置于所述的第二光纤夹具上的拉力计组成，所述的ASE光源的输出端与所述的光环形器的第一个端口连接，所述的光环形器的第二个端口与所述的光纤布拉格光栅的第一端连接，所述的光纤布拉格光栅的第二端悬空，所述的第一光纤夹具夹持住所述的光纤布拉格光栅的第一端，所述的第二光纤夹具夹持住所述的光纤布拉格光栅的第二端，所述的光环形器的第三个端口与所述的级联长周期光纤光栅的第一端连接，所述的级联长周期光纤光栅的第二端与所述的光纤功率计的输入端连接。所述的第二光纤夹具固定连接有用于使所述的第二光纤夹具的位置发生移动的螺旋测微器。在此，通过调节螺旋测微器可使第二光纤夹具的位置发生移动，从而可逐渐增加或减小光纤布拉格光栅的应力。所述的光纤布拉格光栅的反射峰的位置正好落在所述的级联长周期光纤光栅的透射谱的吸收峰的边沿上。在此，给出光纤布拉格光栅的反射峰的限定要求，是为了确保能够在光纤功率计上读出光功率的变化。所述的级联长周期光纤光栅的工作环境要求温度恒定。在此，限定级联长周期光纤光栅的工作环境是为了确保级联长周期光纤光栅的透射谱的形状保持不变，从而可有效提高测量精度。该传感装置还包括实验平台，所述的级联长周期光纤光栅平整固定于所述的实验平台上以减少光纤弯曲、扰动等因素带来的误差，所述的光纤功率计平整固定于所述的实验平台上，这样当测量从光纤布拉格光栅反射回来的光功率时，可避免测量过程中触碰、晃动光纤功率计，以保持所测数据稳定以减小误差。与现有技术相比，本技术的优点在于：1）本技术的传感装置利用光纤布拉格光栅对应变的敏感性，通过外界拉力的作用使光纤布拉格光栅发生一定的应变，从而使光纤布拉格光栅的反射谱的中心波长发生位移，不同大小的拉力对应光纤布拉格光栅不同的反射谱的中心波长，由于受到级联长周期光纤光栅边沿滤波的调制，这种波长的变化导致光纤布拉格光栅的反射谱的功率发生变化，利用光纤功率计对光纤布拉格光栅的反射谱的功率进行检测来获得应力的信息，具有较好的线性输出，适用于动态、静态测量。2）本技术的传感装置的结构简单、成本低，且使用时只需移动第二光纤夹具即可，使用方便；采用级联长周期光纤光栅进行边沿滤波的调制，使得测量反应迅速。3）本技术的传感装置由于不需要对波长进行检测，因此只需采用体积小、携带方便的光纤功率计通过测功率的方法实现应力传感的测量，避免了采用价格昂贵、体积大的光谱分析仪，使得该传感装置更加简便，且给野外操作带来了便利。附图说明图1为本技术的传感装置的组成结构示意图；图2为利用本技术的传感装置测得的光纤布拉格光栅的反射光功率与应力之间的关系示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。本技术提出的一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置，如图1所示，其包括测试用的ASE光源1、光环形器5、应力驱动传感装置4、级联长周期光纤光栅3和光纤功率计2，应力驱动传感装置4由置于空气中的光纤布拉格光栅42、固定不动的第一光纤夹具41、可移动的第二光纤夹具43和设置于第二光纤夹具43上的拉力计45组成，ASE光源1的输出端通过光纤与光环形器5的第一个端口连接，光环形器5的第二个端口通过光纤与光纤布拉格光栅42的第一端连接，光纤布拉格光栅42的第二端悬空，第一光纤夹具41夹持住光纤布拉格光栅42的第一端，第二光纤夹具43夹持住光纤布拉格光栅42的第二端，光环形器5的第三个端口通过光纤与级联长周期光纤光栅3的第一端连接，级联长周期光纤光栅3的第二端通过光纤与光纤功率计2的输入端连接；ASE光源1的输出端输出的光经过光环形器5后传输给光纤布拉格光栅42，通过调节外界施加的应力使光纤布拉格光栅42产生不同程度的应变，此时光纤布拉格光栅42会将接收到的特定波长的光反射回光环形器5的第三个端口传输出去，反射回来的光经过级联长周期光纤光栅3的边沿滤波后，可在光纤功率计2上读出不同的功率值并记录。在本实施例中，第二光纤夹具43固定连接有用于使第二光纤夹具43的位置发生移动的螺旋测微器44，通过调节螺旋测微器44可使第二光纤夹具43的位置发生移动，从而可逐渐增加或减小光纤布拉格光栅42的应力。在本实施例中，要求光纤布拉格光栅42的反射峰的位置正好落在级联长周期光纤光栅3的透射谱的吸收峰的边沿上，给出光纤布拉格光栅42的反射峰的限定要求，是为了确保能够在光纤功率计2上读出光功率的变化。在本实施例中，级联长周期光纤光栅3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置，其特征在于包括测试用的ASE光源、光环形器、应力驱动传感装置、级联长周期光纤光栅和光纤功率计，所述的应力驱动传感装置由光纤布拉格光栅、固定不动的第一光纤夹具、可移动的第二光纤夹具和设置于所述的第二光纤夹具上的拉力计组成，所述的ASE光源的输出端与所述的光环形器的第一个端口连接，所述的光环形器的第二个端口与所述的光纤布拉格光栅的第一端连接，所述的光纤布拉格光栅的第二端悬空，所述的第一光纤夹具夹持住所述的光纤布拉格光栅的第一端，所述的第二光纤夹具夹持住所述的光纤布拉格光栅的第二端，所述的光环形器的第三个端口与所述的级联长周期光纤光栅的第一端连接，所述的级联长周期光纤光栅的第二端与所述的光纤功率计的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于级联长周期光纤光栅的用于测量应力的传感装置，其特征在于包括测试用的ASE光源、光环形器、应力驱动传感装置、级联长周期光纤光栅和光纤功率计，所述的应力驱动传感装置由光纤布拉格光栅、固定不动的第一光纤夹具、可移动的第二光纤夹具和设置于所述的第二光纤夹具上的拉力计组成，所述的ASE光源的输出端与所述的光环形器的第一个端口连接，所述的光环形器的第二个端口与所述的光纤布拉格光栅的第一端连接，所述的光纤布拉格光栅的第二端悬空，所述的第一光纤夹具夹持住所述的光纤布拉格光栅的第一端，所述的第二光纤夹具夹持住所述的光纤布拉格光栅的第二端，所述的光环形器的第三个端口与所述的级联长周期光纤光栅的第一端连接，所述的级联长周期光纤光栅的第二端与所述的光纤功率计的输入端连接。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晶晶，张玲芬，陶卫东，胡雪芳，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33