[發明專利]一種高靈敏無溫度交叉干擾的光纖扭轉傳感器

有效

• 申請號: 201611192610.1
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106802190B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 魯平;倪文軍;劉德明;傅鑫
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01N3/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉

本發明公開了一種高靈敏無溫度交叉干擾的光纖扭轉傳感器，包括第一、二單模光纖、第一、二錯位熔接點、第一、二細芯光纖、錐形細芯光纖；第一單模光纖與第一細芯光纖錯位熔接的連接點構成第一錯位熔接點；錐形細芯光纖的兩端分別連接第一和第二細芯光纖；第二細芯光纖和第二單模光纖錯位熔接的連接點構成第二錯位熔接點。使用時，令第一單模光纖與寬帶光源相連，第二單模光纖和光譜儀相連；通過對光譜儀上諧振波長的位置和功率強度進行實時監測，能實現無溫度交叉干擾的高靈敏度光纖扭轉測量。與現有技術相比，本發明提可實現多物理參數同時測量，高靈敏度、動態范圍大、而且還具有結構簡單、價格低廉、易于集成等優點。

技術領域

本發明屬于光纖扭轉測量的技術領域，具體的，涉及一種基于錐形細芯錯位熔接結構的無溫度交叉干擾的高靈敏度光纖扭轉傳感器。

背景技術

高靈敏的光纖扭轉傳感器在結構健康監測中起著十分重要的作用，而現實生活中往往由于溫度等外界因素的干擾導致所測扭轉靈敏度不準確。因此，實現一種沒有溫度交叉干擾，并且還可以實時監測溫度和扭轉的變化的光纖傳感器將會在工程領域內得到廣泛的應用。相比于普通的電子和機械式的扭轉傳感器，光纖扭轉傳感器具有抗電磁干擾、靈敏度高、成本低、易制作、解調方法簡單等不可替代的優勢。

為了實現結構健康監測中高靈敏無溫度交叉干擾的光纖扭轉傳感器，相關學者針對高靈敏的光纖扭轉測量開展了大量卓有成效的工作。主要提出了各種基于特種光纖或單個光器件的測量方法：基于橢圓芯保偏光纖的(PM-Elliptical Core Fiber,PM-ECF)薩格拉克(Sagnac)干涉結構的光纖扭轉靈敏度實現了18.60nm/(rad/m)，但其受溫度影響會出現溫漂的不穩定現象；基于微納光纖耦合器的薩格拉克環實現了0.16dB/°和0.9nm/°的較高靈敏度光纖扭轉測量，其在光纖扭轉的測量中諧振波長的強度和位置都會發生變化，不可避免的會受到溫度的影響。此外，也有研究人員提出了采用橢圓芯少模光纖(Elliptical-Core Few Mode Fiber，EC-FMF)實現了溫度不敏感的光纖扭轉傳感器，但其扭轉靈敏度僅為20μW/°，且其扭轉角度的動態測量范圍較小。綜上所述，光纖扭轉測量的解調方法均采用波長或強度解調；但采用波長解調的方法會受外界溫度的影響產生溫漂，同時，采用強度解調的方法也會有波長的漂移，不能準確的捕捉外界溫度的變化量。因此，提出一種沒有溫度交叉干擾，且還能準確監測溫度變化量的光纖扭轉傳感器具有不言而喻的意義。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷和改進需求，本發明提供了一種高靈敏無溫度交叉干擾的光纖扭轉傳感器，實現溫度和扭轉的實時監測，克服現有技術存在的溫度交叉干擾、扭轉靈敏度低和動態測量范圍小等技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于錐形細芯光纖錯位熔接的沒有溫度交叉干擾的高靈敏光纖扭轉傳感器，包括第一單模光纖、第一細芯光纖、錐形細芯光纖、第二細芯光纖和第二單模光纖；

所述第一單模光纖的一端與第一細芯光纖相連，兩者之間的錯位熔接點作為第一熔接點，錯位熔接用于將第一單模光纖中傳輸的光較為平均的耦合到第一細芯光纖的纖芯和包層中；另一端用于外接寬源光源；第一單模光纖用于將寬帶光源發出的光耦合到第一細芯光纖的纖芯中；

所述錐形細芯光纖設在所述第一細芯光纖和所述第二細芯光纖之間，用于將第一細芯光纖的包層中傳輸的光部分泄漏到外界環境中；所述第二細芯光纖的另一端連接所述第二單模光纖的一端，兩者之間的錯位熔接點作為第二熔接點，錯位熔接用于將第二細芯光纖中纖芯和包層傳輸的光較為平均的耦合到第二單模光纖的纖芯中；所述第二單模光纖的另一端，作為輸出端外接光譜儀；