一种基于双芯光纤的弯曲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双芯光纤的弯曲传感装置。本实用新型专利技术包括单频激光光源，扩束器，双芯光纤和线阵CCD，单频激光光源输出的输出端连接至扩束器的输入端，扩束器的输出端与用于弯曲传感的双芯光纤的一端连接，双芯光纤的另一端正对线阵CCD，且与线阵CCD所在的面垂直。本实用新型专利技术具有结构简单、测量方便、成本低、传感精度高等优点。

A bending sensing device based on dual core optical fiber

The utility model discloses a bending sensing device based on double core optical fiber. The utility model comprises a single-frequency laser light source, a beam expander, a dual-core optical fiber and a linear CCD, an output end of the single-frequency laser light source is connected to the input end of the beam expander, an output end of the beam expander is connected to one end of the dual-core optical fiber used for bending sensing, and the other end of the dual-core optical fiber is opposite to the linear CCD, and the plane sag where the linear CCD is located. Straight. The utility model has the advantages of simple structure, convenient measurement, low cost and high sensing precision.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双芯光纤的弯曲传感装置
本技术属于光学及光纤传感
，涉及一种基于双芯光纤的弯曲传感装置。
技术介绍
光纤传感器经过几十年的发展，在研究、设计和制造方面取得了重大的进步。光纤传感器具有很多优点，比如制作成本低、结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰、耐化学腐蚀、能埋入工程结构和便于级联等，因此光纤传感技术受到越来越多的关注。光纤传感利用光纤的传光性质，将待测量转换为光信号物理特征参量的改变，通过检测光特性获得外界变量的变化。目前常用的光纤弯曲传感器是基于光纤布拉格光栅的原理，将光纤布拉格光栅固定在被测器件上或安装在工程器件内部，利用被测器件弯曲使光纤布拉格光栅发生拉伸或挤压，获得反射波长漂移，从而进行弯曲传感。后来经过改进，人们实现了既能测量弯曲曲率半径，又能测量弯曲方向的光纤弯曲传感方法。但是这些方法大都基于布拉格光栅和耦合效应等理论，刻写光栅需要精密的高造价的激光器，技术难度较高，成本也较高。
技术实现思路
本技术在已有光纤弯曲传感器技术的基础上，另辟蹊径，利用双孔干涉的基本理论，提出了一种基于双芯光纤干涉理论的弯曲传感装置。本技术解决技术问题所采取的技术方案为：本技术包括单频激光光源，扩束器，双芯光纤和线阵CCD。单频激光光源输出的输出端连接至扩束器的输入端，扩束器的输出端与用于弯曲传感的双芯光纤的一端连接，双芯光纤的另一端正对线阵CCD，且与线阵CCD所在的面垂直。进一步说，所述的双芯光纤内部的两个光纤纤芯对称分布在双芯光纤中，纤芯的直径相同，均为3-5μm，两个纤芯中心点间距10-15μm。进一步说，所述的扩束器采用多模光纤，其芯径为50-105μm。进一步说，所述的多模光纤长度为5mm。进一步说，所述的双芯光纤长度为0.4m，所述的双芯光纤与线阵CCD的距离为0.2m。本技术具有结构简单、测量方便、成本低、传感精度高等优点。附图说明图1a为本技术装置示意图。图1b为本技术所使用的双芯光纤截面图示意图。图2a为光通过直光纤示意图。图2b为光通过弯曲光纤示意图。图3为双芯光纤弯曲放大示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。如图1a所示，本技术装置包括：单频激光光源1(可见光)，扩束器2(多模光纤)，长度为0.4m的双芯光纤3和线阵CCD4，单频激光光源输出的输出端连接至扩束器的输入端，扩束器的输出端与用于弯曲传感的双芯光纤的一端连接，双芯光纤的另一端正对线阵CCD，且与线阵CCD所在的面垂直。其中双芯光纤(横截面如图1b)，两个光纤纤芯对称分布在双芯光纤中，每个纤芯与双芯光纤中心点之间的距离是L，两个光纤纤芯直径为D。根据双孔干涉理论，当两束频率相同、相位差稳定且存在相互平行振动分量的光通过双孔时，会在空间产生相干叠加，使得光的能量在空间重新分布，形成一系列明暗交错的干涉条纹。而双芯光纤中的双芯正好模仿此双孔结构，当单频激光光源通过双芯光纤时，会在接收屏产生干涉条纹。此外为防止耦合现象的发生，双芯光纤的内芯为3-5μm，两纤芯中心点间距10-15μm。当双芯光纤弯曲时，与直光纤相比，光程差会发生变化，会导致干涉条纹最高点的位置发生偏移。由单频激光光源输出的单频光通过多模光纤，注入笔直的双芯光纤，多模光纤的芯径为50-105μm，覆盖双芯光纤的两个纤芯。用支架固定住双芯光纤的输出端，使得光纤垂直与线阵CCD。在线阵CCD中观察到干涉条纹，如图2a所示，其中P1为干涉条纹最高点所在的位置，S1为Core1输出端与P1之间的光程，S2为Core2输出端与P1之间的光程，S为直双芯光纤原长。此时有Y＝S1-S2＝0，Y为偏移量。当双芯光纤一定的角度的弯曲时，其他入射条件不变，如图2b所示。其中P2为干涉条纹最高点所在的位置，S11为弯曲后双芯光纤Core1两端的光程，S22为弯曲后双芯光纤Core2两端的光程，S1为Core1输出端与P2之间的光程，S2为Core2输出端与P2之间的光程，R1为弯曲后Core2的曲率半径，R2为弯曲后Core1的曲率半径。有S1+S11＝S22+S2，变换后得到S2-S1＝S11-S22。对于S2-S1，如图2b所示，由于双芯光纤两纤芯间距很小，有：对于S11-S22，如图3所示，有：联立(1)和(2)式，有即可以得出偏移量与曲率半径的倒数成正比，比例系数为SL。从线阵CCD中读出偏移量的值，可以反推出曲率半径。实施例：单频激光光源发出波长为632.8nm的光，经过多模光纤(芯径62.5μm，长度5mm)，打入笔直的双芯光纤，将经过双芯光纤的光输入线阵CCD，双芯光纤末端到CCD的距离为0.2m，在图像上选取干涉条纹最高点X1；将双芯光纤弯曲一定的曲率半径R，将输出的光输入线阵CCD，得到新的干涉图样，取干涉条纹最高点X2，记录X2点到X1点的距离,|X2-X1|即为当曲率半径为R时的偏移量，从CCD上得到偏移量为0.008m；根据推导的公式，可算出曲率半径为10m。本技术采用双芯光纤作为核心传感器件，以成本较低的可见光激光光源和线阵CCD作为主要器件，具有操作简单、成本低廉等优点。以上所述仅为本技术的具体实施例，但本技术的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实施例的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本技术的专利范围之中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双芯光纤的弯曲传感装置，包括单频激光光源，扩束器，双芯光纤和线阵 CCD ，其特征在于：单频激光光源输出的输出端连接至扩束器的输入端，扩束器的输出端与用于弯曲传感的双芯光纤的一端连接，双芯光纤的另一端正对线阵 CCD，且与线阵 CCD所在的面垂直。

【技术特征摘要】
1.一种基于双芯光纤的弯曲传感装置，包括单频激光光源，扩束器，双芯光纤和线阵CCD，其特征在于：单频激光光源输出的输出端连接至扩束器的输入端，扩束器的输出端与用于弯曲传感的双芯光纤的一端连接，双芯光纤的另一端正对线阵CCD，且与线阵CCD所在的面垂直。2.根据权利要求1所述的一种基于双芯光纤的弯曲传感装置，其特征在于：所述的双芯光纤内部的两个光纤纤芯对称分布在双芯光纤中，纤芯的直径相同，均为3-5μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达如，邓亚栋，周雁，强则煊，郁张维，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33