一种测量位移和角度的光纤SPR传感器及标定装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光纤传感领域，光纤SPR传感器包括注光光纤，与注光光纤呈一定角度并径向偏离一定位移放置的角度调制光纤，与角度调制光纤同轴对接的传感光纤以及与传感光纤同轴对接的收光光纤；注光光纤与角度调制光纤之间可调的径向偏离位移与轴倾角用于感知外界微位移变化和角度变化；角度调制光纤中的光束随着注光光纤与角度调制光纤之间径向偏离位移以及轴倾角的变化以不同的路径进行传输，进而以不同角度入射到传感光纤；传感光纤随着光入射角度的变化具有不同的全内反射角，即在传感区具有不同的SPR入射角，从而在其出射光谱中呈现不同位置的SPR共振谷，通过SPR共振波长的偏移量便可实现外部位移变化和角度变化的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种测量位移和角度的光纤SPR传感器及标定装置与方法
本专利技术涉及光纤传感领域，具体涉及一种测量位移和角度和光纤SPR传感器及标定装置与方法。
技术介绍
位移，作为检测领域中重要的物理量之一，是各种物理量的基础，通过测量位移可以间接测出体积、压强、压力、速度、加速度等物理量，甚至可以检测膨胀、偏轴、化学反应等一些物理化学变化过程，因此，位移是研究传感装置时主要考虑的因素之一。目前，位移传感器已经实现对器件相对位置的位移监测以及微小振动位移的测控，在机器运转产生的振动、石油化工中液位监测等产业结构领域中得到实际应用。角度，作为常规测量中另外一个重要物理参量，可以用来表征物体转动时的位置变化量，并且角度传感器在设计制造领域和军事领域中有着广泛应用。传统的位移测量方法主要有机械测量、电磁测量、无线电测量和光学测量，传统的角度测量方法主要有机械测量、电磁测量和光学测量，而能够实现同时实现位移和角度的测量是基于电容式传感器的电磁测量和基于激光外差干涉的光学测量。其中，基于电容式传感器的测量方法是利用极板之间的距离和角度与电容量之间的变化关系，是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：/n包括注光光纤(1)，与注光光纤(1)呈一定径向偏离位移和角度放置的角度调制光纤(2)，与角度调制光纤(2)同轴对接的传感光纤(3)以及与传感光纤(3)同轴对接的收光光纤(4)；/n所述注光光纤(1)为单模光纤或阶跃折射率多模光纤，用于接收并传递来自宽谱白光光源的光束，与角度调制光纤(2)的轴线形成一定径向偏离位移和倾角传感外界位移和角度变化；/n所述角度调制光纤(2)为阶跃折射率多模光纤或渐变折射率多模光纤，用于接收并传递来自注光光纤的光束，通过自身的光传输特性调节光束在角度调制光纤(2)中的传输路径以及其出射光与传输轴线夹角，并将光束...

【技术特征摘要】
1.一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：
包括注光光纤(1)，与注光光纤(1)呈一定径向偏离位移和角度放置的角度调制光纤(2)，与角度调制光纤(2)同轴对接的传感光纤(3)以及与传感光纤(3)同轴对接的收光光纤(4)；
所述注光光纤(1)为单模光纤或阶跃折射率多模光纤，用于接收并传递来自宽谱白光光源的光束，与角度调制光纤(2)的轴线形成一定径向偏离位移和倾角传感外界位移和角度变化；
所述角度调制光纤(2)为阶跃折射率多模光纤或渐变折射率多模光纤，用于接收并传递来自注光光纤的光束，通过自身的光传输特性调节光束在角度调制光纤(2)中的传输路径以及其出射光与传输轴线夹角，并将光束以一定入射光角度注入传感光纤(3)；
所述传感光纤(3)为单模光纤或塑料包层多模光纤，用于接收并传递来自角度调制光纤(2)的光，使传输光以一定角度传输至传感光纤(3)与金属薄膜交界面发生全反射并产生SPR现象，反射光信号再传输至收光光纤(4)；
所述收光光纤(4)为粗芯阶跃折射率多模光纤，用于接收光信号并将其传递至光谱仪进行后续数据处理。


2.根据权利要求1所述的一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：所述注光光纤(1)是单模光纤，通过角度调制光纤(2)传输光束并激发传感光纤(3)中少数高阶模，少数高阶模在传感器出射光谱中呈现位置相近可进行叠加的SPR共振谷，进而实现高灵敏度的测量；注光光纤(1)是阶跃折射率多模光纤，因其大数值孔径，出射光束易进入角度调制光纤(2)的孔径角中，因此阶跃折射率多模光纤可以实现大范围倾斜角度或者偏离位移的控制，从而实现宽检测范围的测量。


3.根据权利要求1所述的一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：所述的角度调制光纤(2)是阶跃折射率多模光纤，通过单模光纤向阶跃折射率多模光纤径向偏移一定位移量倾斜注光，传输光从单模光纤进入到阶跃折射率多模光纤，在阶跃折射率多模光纤中沿空间螺旋折线轨迹向前传输形成斜光线，当改变单模光纤与阶跃折射率多模光纤的径向偏移位移或轴倾角，传输光在阶跃折射率多模光纤中向前传输的全反射角发生改变，进而改变传输光从阶跃折射率多模光纤中进入到传感光纤的入射角度，从而改变传输光在传感光纤中与传感膜接触的入射光角度，即SPR入射角度，而SPR入射角度改变会导致传感探头出射光谱共振波长偏移，通过SPR共振波长的偏移量实现位移检测或角度检测。


4.根据权利要求1所述的一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：所述的角度调制光纤(2)是渐变折射率多模光纤，其折射率分布与径向位移呈函数关系，中心折射率高，边缘折射率低，因此传输光在渐变折射率多模光纤中沿正弦轨迹向前传输。


5.根据权利要求1所述的一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：所述的传感光纤(3)是单模光纤，利用其包层制作传感区，令倏逝场泄露于传感的金属薄膜与光纤交界面；所述传感光纤(3)是塑料包层多模光纤，利用其纤芯制作传感区。


6.根据权利要求1所述的一种测量位移和角度的光纤SPR传感器，其特征在于：所述的金属薄膜是金膜或银膜或其他SPR共振谷可控的金属薄膜。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘春兰，胡江西，魏勇，苏于东，吴萍，李玲玲，赵晓玲，
申请(专利权)人：重庆三峡学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50