基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器制造技术

本发明专利技术提供的是一种基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。其特征是：它由光源1、三端口光纤环形器2、基于磁流体的可编程光纤光栅3、光纤光栅解调装置4、数据处理系统5和计算机6组成。本发明专利技术可用于应变、应力或者温度等物理量的实时监测与测量，可广泛用于水利电力、材料工业和土木工程等领域。

【技术实现步骤摘要】
基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器(一)
本专利技术涉及的是一种基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。可用于应变、应力或者温度等物理量的实时监测与测量，可广泛用于水利电力、材料工业和土木工程等领域。属于光纤传感
(二)
技术介绍
随着科学技术的快速发展，人类社会已经步入了信息时代，现如今人类的社会活动主要依靠对各种信息的采集、传输和处理，而传感器作为人类接受各种机器和测控系统的媒介，具有极其重要的地位。目前在以计算机为基础的所有测控系统中，均需要传感器传输同步数据至控制系统，控制系统从而做出实时决策，因此可以说传感器信息时代中不可缺少的重要技术基础。传统意义上的传感器是一种检测装置，将某种形式的输入信息的变化转化为同种或者其他形式的信息的单值变化，从而满足信息的采集、传输、处理、记录和控制等要求。可应用于工农业、生物工程、航空航天、国防和医疗卫生等各个领域，同时也在人们的日常生活中具有广泛的应用，如煤气和液化气的泄露报警、路灯的声控、电视机和空调的遥控等等均离不开传感器。光纤传感技术相比于其他传统的传感技术的优势是该技术是在光纤通信的基础上发展起来的，光纤通信作为信息时代的基础，具有庞大的市场，不仅可以提供一系列低价的器件，并且形成了一门以光纤传感技术为基础的应用科学，使得光纤传感技术得到了广泛的应用。光纤传感技术是利用光纤作为载光的媒介和调制光的调制器，对光的某一性质根据被测物理量的变化而被调制，并被检测出来的技术。一般的光纤传感系统主要由光源、传感器件和解调装置三部分组成。现有的光纤传感器种类繁多，通过解调传感器件中光的强度、相位、波长和偏振态等参数，可以得到所需的信息，同时由于光波的频率高，所以它能传输的信息量极大。作为光纤传感器中的一类，光纤光栅传感器在传感检测领域中的优异特性得到了快速发展，并得到了广泛的应用，相比较普通的电学传感器，光纤光栅具有测量参数广泛、性能可靠稳定，不易受外界条件干扰，可制作成为不同外形、不同类型和不同尺寸的传感器，能适应不同的环境等优良特点。目前在市场上应用比较常见的光纤光栅传感系统有Bragg光纤光栅传感器、长周期光纤光栅传感器、闪耀光纤光栅传感器和啁啾光纤光栅传感器等，其中应用最为广泛的是Bragg光纤光栅传感器。该传感器的原理是光栅材料受到应变、温度等外界因素的影响时，Bragg光纤光栅的光栅周期和纤芯的有效折射率会发生变化，使得Bragg光纤光栅的反射波长或者透射波长发生漂移，通过对波长的漂移量进行解调，从而得到所需相关的信息。但是目前的光纤光栅传感系统中的光纤光栅，只要制作完成，其光栅周期不能改变，也就是说光纤光栅传感系统的波长测量范围固定不变。因此，若是光纤光栅的反射波长或者透射波长的中心波长漂移值过大，超出了光纤光栅的测量范围，那就不能得到其中心波长偏移量与传感量变化(应变、应力或者温度)的对应关系，从而限制了光纤光栅的应用。通过对比专利和文献发现，目前不曾有人将基于磁流体的可编程光纤光栅用于光纤光栅传感系统中，在该光栅中，利用磁流体在外界磁场下，磁流体的折射率发生变化的特点，使得光纤光栅的光栅周期发生可受控制的变化，从而使得基于磁流体的可编程光纤光栅传感系统中的测量范围变大。本专利技术公开了一种基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器，通过对该系统中光栅周期可编程的光纤光栅进行实时操控，极大的扩展了单个光纤光栅传感系统的测量范围，传感量变化会引起周期可编程的光纤光栅中心波长变化，当中心波长超出/低于原光栅反射/透射范围时，通过编程光纤光栅的光栅周期来调整测量范围以满足光纤光栅出传感系统在不同环境下的使用和提高测量精度的要求。可广泛应用于水电水利、材料工业和土木工程等领域。这种光纤光栅传感系统使用灵活，不仅动态测量范围大而且在多变环境下使用更加稳定。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单紧凑、动态测量范围大的基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。本专利技术的目的是这样实现的：基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器是由光源1、三端口光纤环形器2、基于磁流体的可编程光纤光栅3、光纤光栅解调装置4、数据处理系统5和计算机6组成。所述系统中光源1发出光束通过传输光纤输入三端口光纤环形器2后，经由传输光纤入射至基于磁流体的可编程光纤光栅3中，在基于磁流体的可编程光纤光栅3中传输的光将在每个光栅面处发生散射，满足布拉格条件的光线发生反射，其余波长的光线透射，每个光栅平面反射回来的光累加后，经由三端口光纤环形器2进入光纤光栅解调装置4，光纤光栅解调装置4将输入的光信号解调并发送至数据处理系统5，数据处理系统5得到光纤光栅中心波长值偏移量，并将其发送至计算机6中进行处理后得到传感量变化与光纤光栅中心波长值偏移量之间的关系并显示。系统工作时，利用基于磁流体的可编程光纤光栅3中的磁流体，在具有外界磁场时，其内部折射率发生变化的特点，通过改变外界磁场的大小，从而使得基于磁流体的可编程光纤光栅3的光栅周期发生改变。其工作原理如图2所示，用户控制端1通过光栅周期控制系统3控制微型电磁铁控制阵列4，由恒流源2供电的微型电磁铁控制阵列4与贴附在毛细管光纤5表面的微型电磁铁贴片阵列7相连，毛细管光纤5的纤芯内部充满磁流体6。通过操控用户控制端1控制贴附在毛细管光纤5表面的微型电磁铁贴片阵列7中各个微型电磁铁贴片的通电状态，使得毛细管光纤5纤芯内部的磁流体的折射率形成周期性变化，从而达到控制光纤光栅周期的目的。当光源1发出一束光通过传输光纤从三端口光纤环形器2的a口输入，从b口输出后经由传输光纤进入基于磁流体的可编程光纤光栅3中，基于磁流体的可编程光纤光栅3纤芯中传输的光将在每个光栅面处产生散射，满足布拉格条件的波长的光发生反射，其余波长的光发生透射。光纤光栅的中心波长可以表示为：λB＝2·neff·A式中，neff为光纤光栅的有效折射率，Λ为光栅周期。也就是说当光纤光栅的有效折射率和光栅周期发生变化时，其中心波长会发生漂移。反射的光累加后经由三端口光纤环形器2的b口输入，从c口输出进入光纤光栅解调系统4，该系统将采集的传感信息转换为电信号以将波长编码解调出来。之后将解调出来电信号传输至数据处理系统5中，得到光纤光栅中心波长的偏移量，并将其送至计算机6处，计算机6建立外界条件变化与中心波长偏移之间的关系并显示。其中可以通过改变基于磁流体的可编程光纤光栅3的光栅周期，使得光纤光栅的测量范围发生变化。而光纤光栅周期的调整可以通过改变光纤表面贴附的电磁铁产生的感应磁场实现，由布拉格光纤光栅中心波长的公式可知，当光纤光栅的光栅周期变大时，其测量范围变大。也就是说当光源发出一束光，外界环境的变化导致其光纤光栅中心波长的漂移量超过了基于磁流体的可编程光纤光栅3的测量范围，这时通过调制基于磁流体的可编程光纤光栅3的光栅周期使其变大，从而使得其测量范围变大，进而可以测量到更大的光纤光栅中心波长漂移量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。其特征是：它由光源1、三端口光纤环形器2、基于磁流体的可编程光纤光栅3、光纤光栅解调装置4、数据处理系统5和计算机6组成。所述系统中光源1发出光束通过传输光纤输入三端口光纤环形器2后，经由传输光纤入射至基于磁流体的可编程光纤光栅3中，在基于磁流体的可编程光纤光栅3中传输的光将在每个光栅面处发生散射，满足布拉格条件的光发生反射，其余波长的光透射，每个光栅平面反射回来的光累加后，经由三端口光纤环形器2进入光纤光栅解调装置4，光纤光栅解调装置4将输入的光信号解调并发送至数据处理系统5，数据处理系统5得到光纤光栅中心波长值偏移量，并将其发送至计算机6中进行处理后得到传感量变化与光纤光栅中心波长值偏移量之间的关系并显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。其特征是：它由光源1、三端口光纤环形器2、基于磁流体的可编程光纤光栅3、光纤光栅解调装置4、数据处理系统5和计算机6组成。所述系统中光源1发出光束通过传输光纤输入三端口光纤环形器2后，经由传输光纤入射至基于磁流体的可编程光纤光栅3中，在基于磁流体的可编程光纤光栅3中传输的光将在每个光栅面处发生散射，满足布拉格条件的光发生反射，其余波长的光透射，每个光栅平面反射回来的光累加后，经由三端口光纤环形器2进入光纤光栅解调装置4，光纤光栅解调装置4将输入的光信号解调并发送至数据处理系统5，数据处理系统5得到光纤光栅中心波长值偏移量，并将其发送至计算机6中进行处理后得到传感量变化与光纤光栅中心波长值偏移量之间的关系并显示。


2.根据权利要求1所述的基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。其特征是：所述的光源1需用大功率宽带光源或者可调谐光源，可以是钨丝灯泡，也可以是发光二极管和激光二极管中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的基于可编程光纤光栅的大动态范围光纤传感器。其特征是：所述的基于磁流体的可编程光纤光栅3由用户控制端、恒流源、光栅周期控制系统、微型电磁铁控制阵列、毛细管光纤、磁流体和微型电磁铁贴片阵列等7部分组成。在纤芯内充满磁流体的毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓仕杰，张浩，王文思，张文涛，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45