[發明專利]一種基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410212879.6
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103940349B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 童崢嶸;袁碩;張衛華;曹曄
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

?本發明屬于光纖傳感領域，特別是一種基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器。

背景技術

隨著光纖通信相關領域的發展，光纖傳感技術有了很大的進步。其中微位移傳感器在工業生產、環境安全、臨床檢測等方面有著廣泛的應用。微位移作為反應物體狀態的重要參數，在生產實踐中占有重要地位。目前已知的微位移的方法有很多，由于光纖傳感器具有體積小、成本低、抗電磁干擾、靈敏度高抗腐蝕等諸多優點，光纖微位移傳感器在應用領域引起人們的廣泛興趣。

對于常規的光纖光柵傳感器，光能量集中于光纖纖芯，反射波峰的功率對外界微位移的響應不夠靈敏。對于由兩個分光結構組成的線性馬赫增德爾干涉儀，其帶寬較大，探測靈敏度和光柵傳感器相比有很大差距。一般使用腐蝕或者特殊的分光結構，將纖芯中光激發到包層中去。然而腐蝕后的幾何尺寸不規則，制作復雜，重復性差。特殊的分光結構如偏芯結構、拉錐結構、激光刻蝕等的機械強度難以保證，易折斷。微位移傳感器一般易受到溫度的影響，出現交叉敏感的現象，這也制約著微位移傳感器的精度。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提出一種基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，該微位移傳感器不受溫度干擾，結構簡單且容易制作，成本低，有利于推廣應用。

本發明的技術方案：

一種基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，由入射端單模光纖、球狀光纖和布拉格光柵串聯組成，球狀光纖的直徑為160-180μm，球狀光纖與布拉格光柵的距離＜2cm。

一種所述基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的制備方法，步驟如下：

1）在距布拉格光柵的柵區2cm以內的位置，剝下光纖涂覆層，用酒精擦拭清潔；

2）將去掉涂覆層帶有柵區的光纖放到光纖熔接機中，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面越過電極棒180μm，放電量為160-200bit，時間為1350ms，放電后制得光纖球；

3）將單模光纖去掉涂覆層，端面切屑整齊，與光纖球分別放入熔接機兩端，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面與光纖球的距離為15μm，放電量為65-85bit，時間為1750ms，推進量為25μm，放電后光纖球與單模光纖完成連接，即可制得所述微位移傳感器。

本發明的工作機理：

光從入射端單模光纖進入球狀光纖，受球狀光纖的影響，纖芯中的光被激發到包層，成為前向的纖芯模式和前向的包層模式。這兩種光到達布拉格光柵時，滿足布拉格條件的波長發生反射，其中前向的纖芯模式反射為后向的纖芯模式，前向包層模式反射為后向的包層模式。這兩種后向模式的光到達球狀光纖時耦合到纖芯，可通過光譜儀測量結果。

本發明的優點和有益效果是：

1）通過球形結構和布拉格光柵級聯的傳感器對微位移進行測量，避免了傳統光柵傳感器需要的腐蝕、研磨等處理，降低了制作難度與成本；

2）?通過測量光柵后向包層模式反射峰的功率，有效的提高了微位移測量的靈敏度，避免傳感器受到溫度的影響，提高了穩定性；

3）?傳感器設計緊湊、便于使用、成本低。

附圖說明

圖1?為該微位移傳感器結構示意圖。

圖中：1.入射端單模光纖???2.球狀光纖???3.布拉格光柵的柵區

圖2?為該微位移傳感器的反射譜圖，圖中：（a）為后向的包層模式所代表的反射波長λ_n?，（b）為后向的纖芯模式所代表的反射波長λ_core。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

實施例：

一種基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，如圖1所示，由入射端單模光纖1、球狀光纖2和布拉格光柵3串聯組成，球狀光纖2的直徑為160-180μm，球狀光纖2與布拉格光柵3的距離＜2cm。

光從入射端單模光纖進入球狀光纖，受球狀光纖的影響，纖芯中的光被激發到包層，成為前向的纖芯模式和前向的包層模式。這兩種光到達布拉格光柵時，滿足布拉格條件的波長發生反射，其中前向的纖芯模式反射為后向的纖芯模式，前向包層模式反射為后向的包層模式。這兩種后向模式的光到達球狀光纖時耦合到纖芯，通過光譜儀測量結果。

一種所述基于球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的制備方法，步驟如下：

1）在距布拉格光柵的柵區1.5cm的位置，剝下光纖涂覆層，用酒精擦拭清潔；