[發明專利]基于熔嵌芯式雙芯保偏光纖的微加速度傳感器

有效

• 申請號: 201010173037.6
• 申請日: 2010-05-17
• 公開（公告）號: CN101833016A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 苑立波;關春穎;楊軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G02B6/024;G02B6/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種光纖加速度傳感器，特別是一種微加速度傳感器。

背景技術

加速度的測量，在許多領域都有廣泛的應用。隨著使用范圍的不斷擴大，要求傳感器體積更小巧、測量精確度和可靠性更高并向智能化的方向發展。由于科學技術的高速發展，對傳感器的精度、穩定性及體積小型化的要求越來越高，相位調制型光纖傳感器是目前研究和開發的主要對象之一。相位調制型傳感器是物理微擾與光纖干涉儀的某一干涉臂或兩干涉臂相作用，對光纖中光波的相位進行調制，而干涉儀的輸出是與相位差成一定關系的光強信號。

邁克爾遜干涉儀則是相位調制型干涉儀的經典結構之一。但目前為止多數結構集成度仍不高，如美國專利US?20040149037?A1，US?5420688，US?4893930，中國專利“順變柱體全光纖雙光路加速度地震檢波器”(CN?2599600Y)和“全光纖加速度地震檢波器”(CN?2594809Y)。中國專利“雙芯光纖集成式加速度計及測量方法”(公開號CN101368978)通過CCD來測量雙芯光纖透射干涉條紋的變化來測量加速度，集成度大大提高，但對CCD的像素要求很高。上述專利中所述的光纖及器件均為非保偏光纖及器件，光波在普通低雙折射單模光纖中傳輸時偏振態的隨機變化導致干涉信號的不穩定是至今難以有效克服的難題之一。一般由低雙折射光纖做成的雙束光纖干涉儀都無法避免由于光纖中光波偏振態隨機變化引起的檢測信號隨機衰落。特別當光纖中兩傳感臂偏振態正交時，干涉儀的輸出干涉信號為零。在相位調制型光纖傳感器中，為減小光纖本身的相位和偏振態的擾動，應采用單模保偏光纖，為使干涉光強的對比度最佳，要求信號臂和參考臂中的光波必須同相偏振。利用保偏光纖的系統要求利用保偏光纖耦合器，傳統保偏光纖耦合器多數利用是熔融拉錐法，即將兩根光纖中部長約20mm部分的涂覆層剝去，清洗干凈，顯微鏡對軸，然后采用紫外膠固定，再置于專用微火炬上進行熔融拉錐，使兩根光纖側面融合在一起，形成一雙錐體，實現光的橫向耦合，最后手工封裝，形成耦合器。由于手工操作，對操作的人技術要求很高、速度慢、產量低、成品率低、器件性能的一致性差，因此產品價格高。胡永明等提出了利用保偏光纖的加速度計(中國激光，2005，32(10)：1382)，但其集成度不夠。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有利于傳感器小型化、集成化，穩定性好，容易制造的基于熔嵌芯式雙芯保偏光纖的微加速度傳感器。

本發明的目的是這樣實現的：

由光源、環形器、單芯保偏單模光纖、保偏光纖耦合器、雙芯保偏光纖、加速度傳感探頭、探測器連接組成；光源發出的光經過環形器后，由環形器的第一輸出端口進入單芯保偏單模光纖，之后經保偏光纖耦合器耦合輸入到雙芯保偏光纖，最后進入由雙芯保偏光纖構成的速度傳感探頭，經速度傳感探頭反射裝置反射后按原路返回，經保偏光纖耦合器后通過環形器的第二輸出端口出射，由探測器接收探測；所述的保偏光纖耦合器由單芯保偏光纖和雙芯保偏光纖耦合而成；所述的光纖傳感探頭是中心為空氣孔的熔嵌芯式雙芯保偏光纖構成的邁克爾遜干涉儀構成的傳感探頭。

本發明還可以包括：

1、所述的光源是相干長度較長的單色光源。

2、所述的雙芯保偏光纖是熔嵌芯式雙芯保偏光纖，每個保偏芯均是單模保偏纖芯，每個纖芯是圓形或是橢圓形纖芯，兩個纖芯偏振主軸方向相同。

3、所述的光纖傳感探頭是懸臂梁式結構，質量塊通過環氧樹脂與雙芯保偏光纖近反射端連接固定，雙芯保偏光纖與外部殼體剛性連接。

4、光纖偏振耦合器置于光纖傳感探頭的外部殼體內。以利于減小外界微擾的影響。

5、所述的纖傳感探頭的反射裝置是反射鏡，或是在質量塊位置處的兩個纖芯中寫入具有與光源波長相同反射波長的光纖光柵結構，或是由光纖端面鍍膜構成的反射端面。

本發明為了解決在制作全光纖加速度儀時，由于單模光纖極化引起的全光纖干涉儀的偏振態的衰減等技術難點，同時為了解決傳感器的穩定性提高與成本之間的矛盾，簡化保偏光纖耦合器的制備工藝，提出了一種集成式熔嵌芯式雙芯保偏光纖的微加速度傳感器。

加速度工作原理描述如下：