[發明專利]光纖微結構位移傳感器

有效

• 申請號: 201410630832.1
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN104390594A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 喬學光;包維佳;榮強周
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01D5/353
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及到位移全光纖傳感器。

背景技術

全光纖傳感器主要包括光纖光柵傳感器、光纖馬赫曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀傳感器、光纖法布里-珀羅(Fabry–Pérot)干涉儀傳感器和薩格納克(Sagnac)干涉儀傳感器等。全光纖傳感器憑借其體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、制作簡單、精度高、易集成和分辨率高等優點，已被廣泛用于測量溫度、應變、磁場、電流和位移等物理量。其檢測原理是由被測體上述物理量的變化而引起光纖的反射或者透射光譜的波長偏移、相位變化、偏振態變化及強度變化，然后再通過解調這些光譜變化而達到對被測物理量的檢測目的。

光纖微位移傳感器應用微彎對光傳輸的影響，實現對微小位移量的測量，由于光傳輸限制在光纖纖芯內，可免除周圍環境的干擾，傳感器不僅體積小，而且靈敏度高。

目前，單純利用光纖纖芯錯位工藝實現的馬赫增德爾干涉應用有很多報道，大部分全光纖類型的傳感器，比如光纖光柵、光纖法布里-珀羅傳感器，制作工藝復雜，成本較高；其它傳統類型的電子類傳感器，體積大，結構復雜，抗外界干擾(包括腐蝕、電磁干擾等)能力差；馬赫曾德爾干涉結構傳感器所利用的纖芯適配結構比較復雜、機械強度相對較差。

利用馬赫增德爾干涉原理設計的公開號為CN?103063238?A、發明名稱為《一種基于馬赫曾德爾干涉的全光纖傳感器》，用于測試外界溫度，折射率、液面及軸向應力等參量的測量傳感器，采用在單模光纖的端部熔接多模光纖，多模光纖的端部熔接細芯光纖，細芯光纖的端部熔接單模光纖的結構，這種全光纖傳感器，多模光纖和細芯光纖的長度都會明顯影響到干涉光譜的強度以及自由光譜范圍，而且長度較長、結構復雜機械強度下降，影響到測量范圍以及靈敏度。

發明內容

本發明所要解決的問題是克服上述光纖傳感器的缺點，提供一種結構簡單、體積小、機械強度大、工藝簡單的光纖微結構位移傳感器。

解決上述技術問題的方案是：在隔溫保護罩的左端設置有左位移傳動塊、右端設置有滑動活塞，滑動活塞的右端設置有右位移傳動塊，右位移傳動塊和隔溫保護罩上設置外套裝有恢復彈簧的支撐桿，支撐桿的右端設置有位移限制塊，左單模光纖的一端穿過左位移傳動塊與寬帶光源相連，右單模光纖的一端穿過滑動活塞和右位移傳動塊與光譜分析儀相連，左單模光纖的另一端與細芯光纖的一端熔接，右單模光纖的另一端與細芯光纖的另一端熔接，在細芯光纖的包層上加工有折射率調制腔a。

本發明的折射率調制腔a的長度為100～1000μm。

本發明的細芯光纖的長度為2～30mm。

本發明的細芯光纖的纖芯外徑是左單模光纖的纖芯、右單模光纖的纖芯外徑的一半。

本發明的細芯光纖為光敏細芯光纖。

由于本發明采用在細芯光纖的兩端熔接單模光纖，細芯光纖的兩端熔接單模光纖，細芯光纖的包層內加工有折射率調制腔，細芯光纖5的長度為2～30mm，折射率調制腔的長度為100～1000μm。細芯光纖的纖芯外徑是單模光纖的纖芯外徑的一半，使得這種傳感器具有較高的靈敏度和線性度。本發明具有結簡單、體積小、機械強度高、靈敏度和線性度高等優點，可作為位移傳感器，也可作為折射率傳感器、溫度傳感器。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的結構示意圖。

圖2是圖1中細芯光纖5與左單模光纖14和右單模光纖6的聯接示意圖。

圖3是測試實驗的光纖微結構位移傳感器的初始光譜圖。

具體實施方式

下面結合附圖和各實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限于這些實施例。

實施例1

在圖1中，本實施例的光纖微結構位移傳感器由左位移傳動塊1、隔溫保護罩2、恢復彈簧3、支撐桿4、細芯光纖5、右單模光纖6、位移限制塊7、滑動活塞8、右位移傳動塊9、光譜分析儀10、光纖夾持器11、左單模光纖12、寬帶光源13聯接構成。

在隔溫保護罩2的左端通過螺紋聯接安裝有左位移傳動塊1、右端安裝有滑動活塞8，滑動活塞8的右端通過螺紋聯接安裝有右位移傳動塊9，右位移傳動塊9和隔溫保護罩2上用螺紋緊固聯接件固定聯接安裝有兩個支撐桿4，每個支撐桿4外套裝有恢復彈簧3，滑動活塞8在外力的作用下可沿著支撐桿4在隔溫保護罩2的右端內左右移動，每個支撐桿4的右端焊接聯接有位移限制塊7，位移限制塊7用于限制滑動活塞8向左移動的極限位置。