[發明專利]基于宏彎損耗效應和功率耦合的二維光纖位移傳感器

有效

• 申請號: 201811118065.0
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109099847B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 劉文怡;阿卜杜勒·加法爾;侯鈺龍;高琬佳;張會新;法亞茲·阿里;穆賈希德梅迪
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種基于宏彎損耗效應和功率耦合的二維光纖位移傳感器，平面上安裝有Y軸移動板和X軸移動板；第一無源光纖和第二無源光纖均與有源光纖雙絞，有源光纖的一端與LED光源連接后，先與第一無源光纖進行雙絞，形成第一雙絞纖維，其起始一段固定在Y軸移動板上，剩余部分彎曲形成宏彎耦合結構，第一無源光纖一端閑置，另一端與第一光功率計連接；有源光纖與第一無源光纖雙絞結束后與第二無源光纖進行雙絞，形成第二雙絞纖維，其起始一段環繞第一雙絞纖維的圓形段旋轉一圈后，形成另一宏彎耦合結構，穿過第一雙絞纖維下部，末尾一段固定于X軸移動板上，第二無源光纖與第二光功率計連接。本發明具有靈敏度高、響應快、分辨率高的特點。

技術領域

本發明涉及光纖宏彎耦合的應用領域，具體為一種基于宏彎損耗效應和功率耦合的二維光纖位移傳感器，適用于工業上檢測二維方向上的位移。

背景技術

在過去的幾十年里，光纖傳感器由于其檢測速度、潛在的靈敏度、分辨率和對多條件檢測的能力而取得了更實質性的研究成果。與傳統的傳感器相比，光纖傳感器具有抗電磁干擾、重量輕、靈敏度高等特點。根據光纖傳感器的拓撲結構，將光纖傳感器分為三大類:單點傳感器、多點傳感器和分布式傳感器。在實際使用中有一種不同類型的光纖傳感器在其中，位移傳感器被廣泛應用于固體力學物理量；機器人技術；位置監控；厚度；精密對準和軸向運動等不同的應用中。然而，在某些應用中，位移測量不只需要一個維度。

對于位移測量，使用不同類型的光纖作為傳感元件，主要為單模玻璃光纖(GOFs)，但是它包括位移測量的復雜信號處理，需要昂貴的設備實驗部件。塑料光纖(POFs)正在逐步取代玻璃光纖而提供更好的解決辦法。比較GOFs和POFs可看出，POFs在可見區域的損耗較低，在生產和實驗設備方面更靈活、更穩定、更經濟。因此，由于POF位移傳感器結構簡單，響應速度快，具有較高的靈敏度、較低的成本和較高的精度，因而更適合于研究人員。

通常位移傳感器都是一維傳感器，但這里我們的重點為二維位移。對于一維位移傳感器，提出了基于強度、三角測量、多普勒傳感、干涉傳感器、飛行時間和共焦的六種方法來實現最先進的性能。雖然這些方法都是一維位移測量，但在單方向測量上有著重要的作用。但是，對于一些現代技術的應用，仍有必要考慮更多的維度，如2D和3D。

為了實現二維位移測量，通常使用兩套一維位移傳感器來完成二維測量方法，但這種二維測量方法不僅增加了應用成本，而且使用上更加不便利，同時難以滿足如此高的精度。而在光纖光柵、自混合干涉偶聯、馬赫-曾德爾干涉儀、激光系統測量二維位移測量等方面，已有大量的研究報道。因此二維位移傳感器在現有的情況下產生是十分必要的。

發明內容

本發明為了解決二維位移的測量問題，提供了一種基于宏彎損耗效應和功率耦合的二維光纖位移傳感器。

本發明是通過如下技術方案來實現的：一種基于宏彎損耗效應和功率耦合的二維光纖位移傳感器，包括平面、有源光纖、第一無源光纖和第二無源光纖，所述平面上安裝有Y軸移動板和X軸移動板；所述第一無源光纖和第二無源光纖均與有源光纖雙絞，所述有源光纖的一端與LED光源連接后，首先與第一無源光纖進行雙絞，形成第一雙絞纖維，所述第一雙絞纖維的起始一段固定在Y軸移動板上，剩余部分彎曲形成圓形狀，形成宏彎耦合結構，第一無源光纖位于第一雙絞纖維的起始一端閑置，另一端與第一光功率計連接；所述有源光纖與第一無源光纖雙絞結束后與第二無源光纖進行雙絞，形成第二雙絞纖維，所述第二雙絞纖維的起始一段環繞第一雙絞纖維的圓形段旋轉一圈后，形成另一宏彎耦合結構，穿過第一雙絞纖維下部，末尾一段固定于X軸移動板上，所述第二雙絞纖維的末尾段處的第二無源光纖與第二光功率計連接；所述有源光纖的另一端閑置；所述第二雙絞纖維位于與第一雙絞纖維的雙絞更換處通過三聚體光纖固定。