[發(fā)明專利]強度調(diào)制型光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器及制作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410065837.4
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103940355A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王義平;周江濤;廖常銳
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 深圳市恒申知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44312
• 代理人: 陳健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于應(yīng)變檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及強度調(diào)制型光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器及制作方法。

背景技術(shù)

在實際工程應(yīng)用中，實現(xiàn)橋梁、飛機、大壩、大樓等智能工程結(jié)構(gòu)的實時健康監(jiān)測對于確保這些結(jié)構(gòu)的安全可靠運行具有至關(guān)重要的意義。光纖傳感器由于其結(jié)構(gòu)緊湊、低耗能、高靈敏度、抗電磁干擾等方面的優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于智能工程結(jié)構(gòu)的實時健康監(jiān)測。

目前，有多種基于光纖馬赫曾德（M-Z）結(jié)構(gòu)的光纖傳感器已經(jīng)被報道，其中有代表性的M-Z結(jié)構(gòu)有單模-多模-單模（SMS）結(jié)構(gòu)、模場失配熔接結(jié)構(gòu)、飛秒激光微加工結(jié)構(gòu)、基于長周期光柵結(jié)構(gòu)及光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)?；谶@些M-Z結(jié)構(gòu)的光纖傳感器通常對溫度、應(yīng)變、彎曲、折射率有很高的靈敏度，但是這些類型的傳感器通常有一個缺點，即大多數(shù)的M-Z干涉?zhèn)鞲衅鞫际遣ㄩL調(diào)制型的光纖傳感器，必須利用干涉峰的波長漂移來傳感被測量，然而實際工程應(yīng)用中，利用波長解調(diào)的方案是非常昂貴的，所以解決波長調(diào)制型應(yīng)變傳感器在大范圍應(yīng)用時帶來的成本問題對于光纖傳感器的普及與實用化至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種強度調(diào)制型光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器及制作方法，旨在解決常規(guī)波長調(diào)制型應(yīng)變傳感器波長解調(diào)成本高，難于大范圍應(yīng)用的問題。此外，本發(fā)明中的強度調(diào)制型光纖應(yīng)變傳感器的靈敏度相對于目前已報道的同類傳感器提高了一個數(shù)量級。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種強度調(diào)制型的光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器，包括第一單模光纖、細芯光纖和第二單模光纖，所述第一單模光纖的一端與所述細芯光纖的一端錯位地熔接在一起，所述細芯光纖的另一端與所述第二單模光纖的一端無錯位地熔接在一起。

本發(fā)明還提供一種強度調(diào)制型的光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器裝置，包括寬帶光源、應(yīng)變傳感器、光纖和檢測單元；

所述應(yīng)變傳感器包括第一單模光纖、細芯光纖和第二單模光纖，所述第一單模光纖的一端與所述細芯光纖的一端錯位地熔接在一起，所述細芯光纖的另一端與所述第二單模光纖的一端無錯位地熔接在一起；

所述寬帶光源通過光纖與所述第一單模光纖相連，用于向所述應(yīng)變傳感器發(fā)出光信號；

所述應(yīng)變傳感器通過固定裝置固定在被測物體上，用于感應(yīng)被測物體的軸向形變情況；

所述檢測單元通過光纖與所述第二單模光纖相連，用于實時檢測經(jīng)所述應(yīng)變傳感器輸出的光譜干涉強度變化。

進一步地，所述光纖包括第三單模光纖和第四單模光纖，所述第三單模光纖的一端與所述寬帶光源相連，所述第三單模光纖的另一端與所述第一單模光纖的另一端相連；所述第四單模光纖的一端與所述第二單模光纖的另一端相連，所述第四單模光纖的另一端與所述檢測單元相連。

進一步地，所述固定裝置為兩個分別將所述第三單模光纖和所述第四單模光纖固定在被測物體上的光纖夾具。

進一步地，所述檢測單元為光譜儀或光功率計。

本發(fā)明還提供一種強度調(diào)制型的光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器的制作方法，包括第一單模光纖、細芯光纖和第二單模光纖，該制作方法包括以下步驟：

步驟1：將所述細芯光纖的一端和所述第二單模光纖的一端以包層軸向?qū)R的方式無錯位地熔接在一起；

步驟2：所述第一單模光纖的一端連接寬帶光源，所述第二單模光纖的另一端連接檢測單元，將所述第一單模光纖的另一端與所述細芯光纖的另一端分別在熔接機中固定，實時觀察檢測單元中輸出光譜干涉強度的變化；

步驟3：調(diào)整固定在熔接機中的細芯光纖和第一單模光纖的端面的位置，使得在檢測單元中輸出譜線的干涉對比度達到最大時，停止調(diào)整并加大熔接時的重疊量，并放電將細芯光纖和第一單模光纖端面熔接在一起。

進一步地，所述檢測單元為光譜儀或光功率計。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：所述的光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器和光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感器裝置采用強度調(diào)制與解調(diào)，大大降低了在波長解調(diào)時必要的成本，為實際工程中的大范圍應(yīng)用提供了便利條件，而且同時保證了較高的應(yīng)變傳感靈敏度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明強度調(diào)制型的光纖邁克爾遜應(yīng)變傳感裝置的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明應(yīng)變傳感裝置中應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)圖；

圖3a是應(yīng)變傳感器在制作過程中調(diào)整兩光纖端面位置使輸出譜線的干涉對比度達到最大時的光譜圖；

圖3b是應(yīng)變傳感器在制作時把兩光纖端面熔接后，但還未取出熔接機（存在一定的應(yīng)力）時的輸出光譜圖；

圖4是光纖熔接后制作出的一個實例傳感器的顯微照片；