一种光纤传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种光纤传感器，用于同时测量待测试对象的微米级位移和温度，包括级联光纤、弯曲装置和基底装置；级联光纤包括环形光纤、输入光纤和输出光纤，输入光纤上载有一段布拉格光栅，级联光纤通过左右毛细管固定在弯曲装置上，布拉格光栅与弯曲装置的弹簧钢贴紧，弯曲装置安装在基底装置上，将待测试对象的位移量转换为弹簧钢和布拉格光栅的形变，从而测量位移量，温度的改变也会影响级联光纤，从而测量温度。由于布拉格光栅和环形光纤对于温度和位移有不同的偏移趋势，并且布拉格光栅对温度和位移的感应导致纤芯模的有效折射率的改变将进一步的影响输入到环形光纤的光能变化，所以本实用新型专利技术的灵敏度高，并可实现位移和温度同时测量。移和温度同时测量。移和温度同时测量。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤传感器


[0001]本技术涉及位移精密测量领域，尤其是涉及一种光纤传感器。

技术介绍

[0002]温度和位移测量系统在许多精密监测和控制应用中起着重要的作用，如航空航天、海洋勘探、机器人、铁路等。在大多数情况下，温度变化会引起位移变化，因此，位移和温度的同步测量是必要的，具有高灵敏度的位移传感器具有广泛的应用前景。
[0003]在过去的几十年里，电子、微机械和光纤传感器被广泛应用。电子传感器通常易受电磁干扰和交叉灵敏度的影响。微机械法测量精度高，过程复杂，但难以实现实时监测。相反，光纤传感器可以实现温度和位移的同步测量，具有响应快、灵敏度高、抗电磁干扰等优点。但布拉格光栅光纤对温度和位移的灵敏度相对较低，难以满足工程需求。另外，法布里
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珀罗结构具有高灵敏度，但由于制作困难经常遭受强度不足的影响。因此，制作简单、低成本、易携带、高灵敏度和稳定性好的位移传感器在监控领域具有巨大的应用潜力。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光纤传感器。
[0005]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种光纤传感器，用于同时测量待测试对象的微米级位移和温度，包括级联光纤、弯曲装置和基底装置；
[0007]所述级联光纤包括环形光纤、输入光纤和输出光纤，输入光纤上载有一段布拉格光栅，所述环形光纤的两端分别与输入光纤和输出光纤相连，连接处由左毛细管锁紧，输入光纤和输出光纤水平对齐，由右毛细管锁紧后分别连接至光源和光谱仪，光源发出的激光的传输路径为：光源
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>输入光纤
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>环形光纤
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>输出光纤
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>光谱仪；
[0008]所述弯曲装置包括左夹持块、右夹持块和弹簧钢，所述弹簧钢的两端分别连接至左夹持块和右夹持块，布拉格光栅与弹簧钢紧密贴紧，左毛细管安装至左夹持块，右毛细管安装至右夹持块；
[0009]所述基底装置包括底板、直线导轨、左滑块、右滑块、限位机构和连接块，所述直线导轨设于底板上，直线导轨、弹簧钢、输入光纤和输出光纤水平且平行，左夹持块安装在左滑块上，右夹持块安装在右滑块上，左滑块和右滑块沿直线导轨滑动，限位机构用于对左滑块和右滑块进行限位，所述连接块与右滑块相连，用于连接待测试对象。
[0010]在一种优选的实施方案中，所述环形光纤的形状为平行于底板的水滴形，所述水滴形的周长为30～45mm，以直线导轨为长度方向，长度方向上水滴形的直径L 为14～16mm，在垂直于长度方向的宽度方向上水滴形的直径D为9～10mm。
[0011]在一种优选的实施方案中，左毛细管和右毛细管之间的间距L1为50～60mm，输入光纤上的布拉格光栅的长度为10～15mm，输入光纤上的布拉格光栅与环形光纤之间的间距
为25～30mm。
[0012]在一种优选的实施方案中，左毛细管和右毛细管之间的间距L1为50～60mm，左毛细管和右毛细管的管长L2为5～8mm，左毛细管和右毛细管的管径D1为 0.5～1mm。
[0013]在一种优选的实施方案中，左毛细管和右毛细管之间的间距L1为50～60mm，所述弹簧钢为65Mn弹簧钢，长度为50～60mm，厚度为0.2～0.5mm。
[0014]在一种优选的实施方案中，所述限位机构包括左限位块、中限位块和右限位块，所述左限位块置于左滑块的左侧，所述中限位块置于左滑块和右滑块之间，所述右限位块置于右滑块的右侧，左限位块和中限位块用于对左滑块在直线导轨上的左右滑动进行限位，所述右限位块用于对右滑块在直线导轨上的右向滑动进行限位。
[0015]在一种优选的实施方案中，所述左夹持块和右夹持块上对称地设有安装孔，弹簧钢的两端通过所述安装孔连接至左夹持块和右夹持块。
[0016]在一种优选的实施方案中，所述安装孔为腰型孔，从而可以上下调节弹簧钢的高度。
[0017]在一种优选的实施方案中，所述底板上设有底座安装孔，用于固定所述基底装置。
[0018]在一种优选的实施方案中，所述直线导轨为设于底板上的凹槽。
[0019]本申请的工作原理是：光源发出的激光依次经过：光源
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>输入光纤
‑
>环形光纤
ꢀ‑
>输出光纤
‑
>光谱仪，由光谱仪接收，当温度发生改变后，因为材料的热胀冷缩，温度的改变会引起布拉格光栅周期的改变，同时由于热光效应，光纤的纤芯和包层的折射率也会改变，从而引起纤芯模的有效折射率的改变，最终导致谐振波长的偏移，根据谐振波长的偏移量计算温度变化值。当待测试对象发生位移时，通过连接块作用于右滑块上，使得右滑块向左运动，弹簧钢被压缩，布拉格光栅发生形变，布拉格光栅的弯曲导致布拉格光栅周期的改变，并且布拉格光栅本身的弹光效应也使得纤芯模的有效折射率的改变；另外布拉格光栅的弯曲也将导致有部分光将泄漏到包层中，从而导致经过环形光纤纤芯模的有效折射率也发生改变，进一步的导致谐振波长的偏移，从而可根据谐振波长的偏移量计算位移。
[0020]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0021](1)通过环形光纤与布拉格光栅级联组合得到级联光纤，配合弯曲装置和基底装置，由于布拉格光栅和环形光纤对于温度和位移有不同的偏移趋势，并且布拉格光栅对温度和位移的感应导致纤芯模的有效折射率的改变将进一步的影响输入到环形光纤的光能变化，所以灵敏度高，并可实现位移和温度同时测量。
[0022](2)在布拉格光栅下方安装弹簧钢，并将布拉格光栅通过紫外胶与弹簧钢紧密贴合，在测量位移量时，光栅的弯曲也将导致有部分光将泄漏到包层中，从而导致经过环形光纤纤芯模的有效折射率也发生改变，进一步的导致谐振波长的偏移，所以提高了传感的稳定性并避免了强度不足带来的交叉敏感。
[0023](3)环形光纤为水滴形，在弯曲半径较大的情况下，环形更有利于形成高消光比的双干涉峰。
附图说明
[0024]图1为光纤传感器的总体装置图；
[0025]图2为级联光纤的布置图；
[0026]图3为光纤传感器的透射谱；
[0027]图4为光纤传感器的布拉格峰对于位移变化对应的透射峰的飘移；
[0028]图5为光纤传感器的环形峰对于位移变化对应的透射峰的飘移；
[0029]图6为光纤传感器的布拉格峰对于温度变化对应的透射峰的飘移；
[0030]图7为光纤传感器的环形峰对于温度变化对应的透射峰的飘移；
[0031]图8为光纤传感器测量位移的真实值与计算值对比；
[0032]图9为光纤传感器测量温度的真实值与计算值对比；
[0033]图10为级联光纤的制备装置图；
[0034]图11为级联光纤的制备流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光纤传感器，用于测量待测试对象的微米级位移和温度，其特征在于，包括级联光纤、弯曲装置和基底装置；所述级联光纤包括环形光纤(11)、输入光纤(12)和输出光纤(13)，输入光纤(12)上载有一段布拉格光栅(121)，所述环形光纤(11)的两端分别与输入光纤(12)和输出光纤(13)相连，连接处由左毛细管(14)锁紧，输入光纤(12)和输出光纤(13)水平对齐，由右毛细管(15)锁紧后分别连接至光源(46)和光谱仪(47)；所述弯曲装置包括左夹持块(21)、右夹持块(22)和弹簧钢(23)，所述弹簧钢(23)的两端分别连接至左夹持块(21)和右夹持块(22)，布拉格光栅(121)与弹簧钢(23)紧密贴紧，左毛细管(14)安装至左夹持块(21)，右毛细管(15)安装至右夹持块(22)；所述基底装置包括底板(31)、直线导轨(32)、左滑块(33)、右滑块(34)、限位机构和连接块(38)，所述直线导轨(32)设于底板(31)上，直线导轨(32)、弹簧钢(23)、输入光纤(12)和输出光纤(13)水平且平行，左夹持块(21)安装在左滑块(33)上，右夹持块(22)安装在右滑块(34)上，左滑块(33)和右滑块(34)沿直线导轨(32)滑动，限位机构用于对左滑块(33)和右滑块(34)进行限位，所述连接块(38)与右滑块(34)相连，用于连接待测试对象。2.根据权利要求1所述的一种光纤传感器，其特征在于，所述环形光纤(11)的形状为平行于底板(31)的水滴形，所述水滴形的周长为30～45mm，以直线导轨(32)为长度方向，长度方向上水滴形的直径为14～16mm，在垂直于长度方向的宽度方向上水滴形的直径为9～10mm。3.根据权利要求1所述的一种光纤传感器，其特征在于，左毛细管(14)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯吉军，陈剑，郭松，张傲，庄山庆，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：新型
国别省市：