一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器，包括ASE宽带光源、第一三口环形器、第一啁啾光纤Bragg光栅、调制器、第一耦合器、第二耦合器、第二三口环形器、第二啁啾光纤Bragg光栅、光纤光放大器以及光电探测器；本技术方案利用啁啾FBG层叠光谱和环形腔结合对应变进行测量，具有灵敏度高，量程大，设计灵活，结构相对简单，成本低等的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器


[0001]本专利技术涉及传感
，特别是一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器。

技术介绍

[0002]应变传感器可以贴附在被测物体上，从而得到被测物体受到应力后发生的应变情况。应变传感器被广泛应用于桥梁建筑、矿山隧道、工业设备、民用称重等多个领域，近年来，其应用还延伸到医疗健康和生命体征检测等领域。但是传统的应变传感器基本都采用应变片结构，在柔韧性、延展性和电气绝缘性方面都有较大局限。因此，发展柔韧性、延展性更好的应变传感器具有重要意义。虽然采用光谱仪或解调仪可以获得较高的分辨率，但这些仪器成本高昂，体积笨重，对环境要求高，不利于应用与推广。现有技术中的光纤Bragg光栅环形腔应变传感器的ASE光源或滤波器带宽边缘升降往往较快，使得可以调节的波长范围有限，限制了量程和使用。且ASE光源或滤波器带宽边缘滚降并不线性，影响系统输出的线性度。目前市场上的ASE光源带宽一般较为固定，因此需要光栅反射波长配合ASE光源或滤波器波长，限制了光栅的选择和系统灵活性。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器，利用啁啾FBG层叠光谱和环形腔结合对应变进行测量，具有灵敏度高，量程大，设计灵活，结构相对简单，成本低等的优点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器，包括ASE宽带光源、第一三口环形器、第一啁啾光纤Bragg光栅、调制器、第一耦合器、第二耦合器、第二三口环形器、第二啁啾光纤Bragg光栅、光纤光放大器以及光电探测器；所述第一三口环形器包括第一接口、第二接口及第三接口，所述第二三口环形器包括第四接口、第五接口及第六接口；所述第一耦合器包括第一端口、第二端口及第三端口，所述第二耦合器包括第四端口、第五端口及第六端口；所述ASE宽带光源连接所述第一接口，所述第二接口连接所述第一啁啾光纤Bragg光栅，所述第三接口连接所述调制器的一端，所述调制器的另一端连接所述第一端口，所述第二端口连接所述光纤光放大器，所述第三端口连接所述第二耦合器的第三端口，所述第二耦合器的第一端口连接所述光电探测器，所述第二耦合器的第二端口连接所述第二三口环形器的第四接口，所述第五接口连接所述第二啁啾光纤Bragg光栅，所述第六接口连接所述光纤光放大器；所述第一耦合器、第二耦合器、第二三口环形器、第二啁啾光纤Bragg光栅、光纤光放大器构成环形腔结构；
[0005]ASE宽带光源出来的宽带光信号进入第一三口环形器的第一接口，再到达第一三口环形器的第二接口，所述第二接口连接的第一啁啾光纤Bragg光栅将宽带光信号变成一段特定带宽的信号，再反射回第一三口环形器的第二接口，反射信号经第一三口环形器第三接口进入调制器，经过调制变成脉冲光；脉冲光从第一耦合器的第一端口进入环形腔，经
过第二耦合器的第三端口，到达第二耦合器的第二端口并进入第二三口环形器的第四接口；脉冲光从第二三口环形器的第四接口到达第二三口环形器的第五端口，接着进入第二啁啾光纤Bragg光栅；脉冲光经第二啁啾光纤Bragg光栅反射，带宽发生改变，并经第二三口环形器的第六端口回到环形腔内。
[0006]在一较佳的实施例中，所述第二啁啾光纤Bragg光栅作为传感头粘附在被测物体上；所述第一啁啾光纤Bragg光栅反射谱的带宽与第二啁啾光纤Bragg光栅反射谱的带宽之间存在相互重叠的光谱，记为Δλ＝λ2‑
λ1；第一啁啾光纤Bragg光栅的反射带宽固定不变，当发生应变时，第二啁啾光纤Bragg光栅反射带宽发生漂移，导致重叠光谱的改变；其中第一啁啾光纤Bragg光栅与第二啁啾光纤Bragg光栅的重叠光谱部分的总能量表示为
[0007]E＝Φ(λ)Δλ＝Φ(λ)(λ2‑
λ1)
[0008]Φ(λ)是出射信号光的能量谱密度函数，λ1是第一啁啾光纤光栅反射谱短波端边沿，λ2是第二啁啾光纤光栅反射谱长波端边沿，两个波长差值就是重叠部分谱宽；
[0009]当产生应变为ε＝Δl/l，l是光栅长度，
△
l是变化长度，应变引起的光栅光谱漂移δλ表示为
[0010]δλ＝2n
eff
Λε
[0011]Λ为啁啾光纤光栅中心周期，n
eff
为光纤有效折射率，光栅光谱漂移δλ引起的光能变化为
[0012]δE＝Φ(λ)δλ
[0013]从而得到应变引起的光强损耗β为
[0014][0015]近似部分利用马克劳林展式，略去高阶项得到
[0016][0017]其中，τ为衰荡时间，c为真空下的光速，n为光纤折射率，L为环形腔的长度，α为环形腔内固有损耗；当其他参数不变时，上式前面一项不受应变影响，因此由衰荡时间倒数的大小得到外界应变的程度。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提供了一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器，通过在在环形腔内插入的是一个啁啾光纤Bragg光栅，并在环形腔前端设置了另一个啁啾光纤Bragg光栅，实现进行对带宽进行调整。通过应变改变啁啾FBG的中心光谱，从而使两根啁啾FBG重叠光谱发生变化；该传感器不需要光谱仪或解调仪解调，成本较低，结构简单，光栅反射波长选择灵活度高，系统量程选择自由，线性度较高等优点。
附图说明
[0020]图1为本专利技术优选实施例的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术优选实施例第一啁啾光纤光栅反射谱短波与第二啁啾光纤光栅反射谱长波示意图；
[0022]图3为本专利技术优选实施例应变变化引起时间常数τ变化示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0024]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器，参考图1至3，ASE宽带光源1、第一三口环形器2、第一啁啾光纤Bragg光栅10、调制器3、第一耦合器4、第二耦合器5、第二三口环形器6、第二啁啾光纤Bragg光栅9、光纤光放大器8以及光电探测器11；所述第一三口环形器2包括第一接口21、第二接口22及第三接口23，所述第二三口环形器6包括第四接口61、第五接口62及第六接口63；所述第一耦合器4包括第一端口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于层叠光谱的啁啾光纤Bragg光栅环形腔应变传感器，其特征在于，包括ASE宽带光源、第一三口环形器、第一啁啾光纤Bragg光栅、调制器、第一耦合器、第二耦合器、第二三口环形器、第二啁啾光纤Bragg光栅、光纤光放大器以及光电探测器；所述第一三口环形器包括第一接口、第二接口及第三接口，所述第二三口环形器包括第四接口、第五接口及第六接口；所述第一耦合器包括第一端口、第二端口及第三端口，所述第二耦合器包括第四端口、第五端口及第六端口；所述ASE宽带光源连接所述第一接口，所述第二接口连接所述第一啁啾光纤Bragg光栅，所述第三接口连接所述调制器的一端，所述调制器的另一端连接所述第一端口，所述第二端口连接所述光纤光放大器，所述第三端口连接所述第二耦合器的第三端口，所述第二耦合器的第一端口连接所述光电探测器，所述第二耦合器的第二端口连接所述第二三口环形器的第四接口，所述第五接口连接所述第二啁啾光纤Bragg光栅，所述第六接口连接所述光纤光放大器；所述第一耦合器、第二耦合器、第二三口环形器、第二啁啾光纤Bragg光栅、光纤光放大器构成环形腔结构；ASE宽带光源出来的宽带光信号进入第一三口环形器的第一接口，再到达第一三口环形器的第二接口，所述第二接口连接的第一啁啾光纤Bragg光栅将宽带光信号变成一段特定带宽的信号，再反射回第一三口环形器的第二接口，反射信号经第一三口环形器第三接口进入调制器，经过调制变成脉冲光；脉冲光从第一耦合器的第一端口进入环形腔，经过第二耦合器的第三端口，到达第二耦合器的第二端口并进入第二三口环形器的第四接口；脉冲光从第二三口环形器的第四接口到达第二三口环形器的第五端口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，肖逸艺，黄淑燕，陈伟娟，胡晓华，刘双，陈冬英，陈小钢，黄幼萍，林艺菲，
申请(专利权)人：福建江夏学院，
类型：发明
国别省市：