[發明專利]一種基于相移光纖布拉格光柵的扭轉傳感器

在審

• 申請號: 201510873422.4
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN105466362A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 舒學文;黃波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01P13/02
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 黎慧華

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，更具體地，涉及一種基于相移光纖布 拉格光柵的扭轉傳感器，利用相移光纖布拉格光柵進行雙向扭轉傳感，能 夠對扭轉角度和方向進行高精度傳感測量。

背景技術

由于扭轉是智能工程監測中反映基礎設施內部退化情況的重要物理參 數，扭轉傳感器近年來吸引了眾多研究者的興趣。傳統的扭轉傳感器主要 分為以下兩類：一是基于電學方法的扭轉傳感器，此類傳感器易受電噪聲 及溫度的干擾；二是基于電磁感應現象的扭轉傳感器，此類傳感器體積龐 大，且易受電磁干擾。光纖扭轉傳感器，特別是基于光纖光柵的扭轉傳感 器由于其具有體積小、可繞性好、便于埋入結構內部、成本低、精度高、 重量輕等優點，被廣泛應用于扭轉測量。目前，光纖扭轉傳感器主要是基 于長周期光纖光柵和光纖布拉格光柵，前者機械強度差、易受溫度和應力 的影響，后者存在成本高、靈敏度低等缺點。因此，目前迫切需要制作出 靈敏度高、體積小、對溫度及應力變化不敏感、成本低的光纖光柵扭轉傳 感器。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于相移光 纖布拉格光柵的扭轉傳感器，靈敏度高，體積小，對溫度和應力變化不敏 感，且成本低，能用于需要測量扭轉角度和方向的各種場合。

為實現上述目的，本發明提供了一種扭轉傳感器，包括寬帶光源、光 纖起偏器、光纖偏振控制器、相移光纖布拉格光柵和光譜儀，寬帶光源通 過單模光纖依次連接光纖起偏器、光纖偏振控制器、相移光纖布拉格光柵 和光譜儀；工作時，寬帶光源發出的光依次通過光纖起偏器、光纖偏振控 制器和相移光纖布拉格光柵，相移光纖布拉格光柵的透射譜顯示在光譜儀 上，通過調節光纖偏振控制器設定進入相移光纖布拉格光柵的入射光的初 始偏振態，通過將相移光纖布拉格光柵發生扭轉后得到的透射譜的兩個偏 振透射峰的幅度差值作為傳感編碼，解碼后得到待測物體的扭轉角度和扭 轉方向。

優選地，通過增加相移光纖布拉格光柵的長度或者折射率調制深度， 提高相移光纖布拉格光柵的透射譜深度，進而提高扭轉傳感器的靈敏度。

優選地，相移光纖布拉格光柵為多個，多個相移光纖布拉格光柵具有 不同的中心波長，級聯設置在光纖偏振控制器和光譜儀之間，使扭轉傳感 器能同時實現多點測量。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有 以下有益效果：

(1)靈敏度高，以相移布拉格光柵兩個偏振峰的幅度差值作為編碼， 有效的提高了靈敏度，與現有類似技術相比，本發明的傳感器的靈敏度至 少提高了一個數量級。

(2)體積小，目前基于光纖光柵的扭轉傳感器所采用的光柵長度一般 在5mm以上，本發明的扭轉傳感器中的相移光纖布拉格光柵可采用飛秒逐 線刻寫得到，四階光柵的長度僅為1.7mm，二階光柵的長度可減小至1mm 以下。

(3)對溫度和應力變化不敏感，由于屬于不同偏振模式的兩個偏振峰 具有相同的溫度和應力響應，其幅度不會受到溫度和應力變化的影響，從 而使本發明的扭轉傳感器具有對溫度和應力變化不敏感的優點。

(4)成本低，本發明的扭轉傳感器中的相移光纖布拉格光柵可通過直 接刻寫在單模光纖上得到，與現有技術中基于保偏光纖布拉格光柵的扭轉 傳感器相比，單模光纖造價低，同時解調裝置僅需光譜儀，無需使用價格 十分昂貴的偏振相關損耗測量計，而且可使用功率計代替光譜儀進一步降 低成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例的基于相移光纖布拉格光柵的扭轉傳感器的結構 示意圖；

圖2(a)是π相移光纖布拉格光柵在扭轉作用下的透射譜；

圖2(b)是π相移光纖布拉格光柵在不同的扭轉角度和方向下的兩個偏 振透射峰的幅度差值響應。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中： 1-寬帶光源，2-單模光纖，3-光纖起偏器，4-光纖偏振控制器，5-光纖夾持 夾具，6-相移光纖布拉格光柵，7-光纖扭轉夾具，8-光譜儀。

具體實施方式