基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法及装置。其特征在于包括一个宽带光源、一根光子晶体长周期光纤光栅、一根普通单模光纤、两个内套管、一个外套管和一个光谱仪；光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面平整切割并置于内套管；光子晶体光纤长周期光栅可以沿内套管移动，单模光纤粘结于内套管内，光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面形成长度可改变的空气腔；光子晶体光纤长周期光栅的尾纤粘结固定于另外一个具有相同内径的内套管内；两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的内套管可以沿外套管移动；光子晶体光纤长周期光栅的另一端与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接。光经过光子晶体光纤长周期光纤光栅后激发纤芯模和包层模，经过空气腔的调制，使得谐振波长的漂移与腔长成线性关系且灵敏度高，通过监测波长漂移即可解调出位移改变量。为了克服现有技术中普通光纤光栅位移传感器结构复杂、灵敏度不高不能实现对微位移测量的问题，本发明专利技术提出了一种结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感的光子晶体光纤长周期光栅微位移传感方法及装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤传感
，涉及一种基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法及装置。
技术介绍
近年来，微位移测量技术在微加工领域、精确定位、航空航天领域都有重要的应用。随着社会的进步和科学技术的发展，对微位移测量技术的要求越来越高。基于电容的微位移传感器通过将位移变化转为电容容量变化并最后转化为电压信号输出，这种基于电容变化的虽然具有分辨率高、噪音低、结构简单的优点，但易受电磁干扰，结构复杂，其适用范围受到限制。光纤光栅是一种在通信、传感及光信息处理领域有着广泛应用前景的无源光纤器件。基于光纤光栅的位移传感器具有抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀、构造简单等优点，能够实现远距离测量。近年来，有人提出了基于布拉格光纤光栅的位移传感器，一般将位移量转化为应力然后施加于光纤光栅，应力的改变导致布拉格反射波长移动，从而可测出位移改变量。但是该类传感器结构复杂，灵敏度不高，不能满足对微位移测量的要求。长周期光纤光栅是一种透射型光纤器件，其耦合机理是同向传输的纤芯模和包层模之间的耦合。基于长周期光纤光栅的位移传感器通常利用改变曲率的方法测量位移量，此类装置体积大，且需要不同参量间的转化公式，造成误差。本专利技术利用完全不同的传感原理，用长周期光纤光栅的耦合机理使纤芯模和包层模同时进入空气腔，空气腔长度即微位移长度直接对传输的两种模式进行调制，使得谐振波长与微位移量呈线性关系。本专利技术的传感装置具有结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感的优点。
技术实现思路
为了克服现有技术中普通光纤光栅位移传感器结构复杂、灵敏度不高不能实现对微位移测量的问题，本专利技术提出了一种结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感的光子晶体光纤长周期光栅微位移传感方法及装置。本专利技术为解决技术问题所采取的传感方法步骤(I)选择一个输出波长为1500nm至1600nm的宽带光源，一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱仪，一根在光子晶体光纤上刻写的长周期光栅，一根单模光纤，两个内套管，一个外套管；步骤(2)将光子晶体光纤长周期光栅栅区末端端面平整切割，与单模光纤一端端面平整切割的末端置于一个内径为126 127μπι的内套管以便准直，光子晶体光纤长周期光栅可以沿内套管自由移动，单模光纤粘结固定于内套管内，二者构成一个腔长可变的空气腔，光子晶体光纤长周期光栅的尾纤置于另外一个具有相同内径的内套管内并粘结固定，两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的内套管可以沿外套管自由移动，光子晶体光纤长周期光栅的另一端与与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接；步骤(3)将步骤(2)中外套管和光子晶体光纤长周期光栅尾纤上的内套管分别粘结在参考点和待测点，光在光纤中传播并经过光子晶体光纤长周期光栅的作用，激发出纤芯模和包层模权利要求1.基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法，其特征在于该方法包括如下步骤 步骤⑴选择一个输出波长为1500nm至1600nm的宽带光源，一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱仪，一根在光子晶体光纤上刻写的长周期光栅，一根单模光纤，两个内套管，一个外套管； 步骤(2)将光子晶体光纤长周期光栅栅区末端端面平整切割，与单模光纤一端端面平整切割的末端置于一个内径为126 127 μ m的内套管以便准直，光子晶体光纤长周期光栅可以沿内套管自由移动，单模光纤粘结固定于内套管内，二者构成一个腔长可变的空气腔，光子晶体光纤长周期光栅的尾纤置于另外一个具有相同内径的内套管内并粘结固定，两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的内套管可以沿外套管自由移动，光子晶体光纤长周期光栅的另一端与与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接； 步骤(3)将步骤(2)中外套管和光子晶体光纤长周期光栅尾纤上的内套管分别粘结在参考点和待测点，光在光纤中传播并经过光子晶体光纤长周期光栅的作用，激发出纤芯模和包层模2.实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于包括一个宽带光源、一根光子晶体光纤长周期光栅、一根普通单模光纤、两个内套管、一个外套管和一个光谱仪；光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面平整切割并置于内套管；光子晶体光纤长周期光栅可以沿内套管移动，单模光纤粘结于内套管内，光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面形成长度可改变的空气腔；光子晶体光纤长周期光栅的尾纤粘结固定于另外一个具有相同内径的内套管内；两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的内套管可以沿外套管移动；光子晶体光纤长周期光栅的另一端与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接； 所述的内外套管均为陶瓷套管。全文摘要本专利技术涉及基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法及装置。其特征在于包括一个宽带光源、一根光子晶体长周期光纤光栅、一根普通单模光纤、两个内套管、一个外套管和一个光谱仪；光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面平整切割并置于内套管；光子晶体光纤长周期光栅可以沿内套管移动，单模光纤粘结于内套管内，光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面形成长度可改变的空气腔；光子晶体光纤长周期光栅的尾纤粘结固定于另外一个具有相同内径的内套管内；两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的内套管可以沿外套管移动；光子晶体光纤长周期光栅的另一端与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接。光经过光子晶体光纤长周期光纤光栅后激发纤芯模和包层模，经过空气腔的调制，使得谐振波长的漂移与腔长成线性关系且灵敏度高，通过监测波长漂移即可解调出位移改变量。为了克服现有技术中普通光纤光栅位移传感器结构复杂、灵敏度不高不能实现对微位移测量的问题，本专利技术提出了一种结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感的光子晶体光纤长周期光栅微位移传感方法及装置。文档编号G01B11/02GK102997849SQ20121047506公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日专利技术者赵春柳, 齐亮, 王云鹏, 金尚忠 申请人:中国计量学院本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤(1)选择一个输出波长为1500nm至1600nm的宽带光源，一个工作波长覆盖1500nm至1600nm的光谱仪，一根在光子晶体光纤上刻写的长周期光栅，一根单模光纤，两个内套管，一个外套管；步骤(2)将光子晶体光纤长周期光栅栅区末端端面平整切割，与单模光纤一端端面平整切割的末端置于一个内径为126～127μm的内套管以便准直，光子晶体光纤长周期光栅可以沿内套管自由移动，单模光纤粘结固定于内套管内，二者构成一个腔长可变的空气腔，光子晶体光纤长周期光栅的尾纤置于另外一个具有相同内径的内套管内并粘结固定，两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的内套管可以沿外套管自由移动，光子晶体光纤长周期光栅的另一端与与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接；步骤(3)将步骤(2)中外套管和光子晶体光纤长周期光栅尾纤上的内套管分别粘结在参考点和待测点，光在光纤中传播并经过光子晶体光纤长周期光栅的作用，激发出纤芯模和包层模：aco(L)=exp(i(βco-12Δβv)L)[aco(0)(cossL+iΔβv2ssinsL)+aclv(0)iκssinsL]aclv(L)=exp(i(βclv-12Δβv)L)[aco(0)iκ*ssinsL+aclv(0)(cossL-iΔβv2ssinsL)]其中aco(L)、分别为传输过光栅长度L处纤芯模振幅和包层模振幅，两个模式同时进入空气腔，经过空气腔的调制后进入到单模光纤中继续传输，在传输过程中由于传输损耗包层模消失，只有纤芯模继续传输：[aco]=[ei·f/α-α·rgap2·e-i·f-rgap·ei·f/α+α·rgap·e-i·f]/tgap2·[aco(L)]上式中是一个周期因子使得传输谱具有周期性，其中为空气腔调解的相位因子，Lgap＝Lgapo+ΔLgap为空气腔的腔长，在透射谱里对应最小极值的波长为谐振波长，通过求导可以得到谐振波长与微位移的关系：λ=ΔLgapC+2πngapLgap0C通过监测谐振波长的移动可以实现对微位移的传感。FSA00000809002700012.tif,FSA00000809002700022.tif,FSA00000809002700023.tif...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春柳，齐亮，王云鹏，金尚忠，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：