[發明專利]一種基于微光纖復合結構的加速度檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201910072840.1
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109738667B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 李晉;任春橋;張越
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01P15/00
• 分類號: G01P15/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明公開了一種基于微光纖復合結構的加速度檢測方法，包括：緊固件、外殼、密封圈、塑封劑、光源、光學探測器、微光纖錐、光纖微球、三角棱鏡、支撐架、支撐架、折射率匹配液。光源發出1520?1580nm的近紅外寬譜光信號，通過底面涂敷半透半反膜的三角棱鏡后入射到微光纖錐中。微光纖錐的端面和光纖微球的表面構成一個F?P干涉腔，光信號一部分在微光纖錐的出射端直接反射回去，另一部分則出射到達光纖微球的表面，并被反射回去進入微光纖錐，與直接反射光信號干涉，在三角棱鏡反射后由光學探測器接收，加速度變化時，可使光纖微球偏離結構軸心位置，改變F?P干涉腔的腔長，通過解析兩路干涉光信號可得出F?P干涉腔等效長度的變化量，進而得到加速度的大小。本發明采用微光纖錐可產生光學消逝場，同時該消逝場對外界環境參數變化極為敏感的特性，有效提高了F?P干涉儀的測量靈敏度。

技術領域

本發明屬光纖傳感器技術，涉及一種基于微光纖錐球面反射型干涉儀結構，具體涉及一種基于微光纖復合結構的加速度檢測方法。

背景技術

光纖傳感器具有高分辨率、耐高溫、抗腐蝕、抗電磁干擾等優點，因此，將光纖應變傳感器運用于工程結構監測已成為近幾十年來各國學者研究的熱點，期間設計了許多不同類型的光纖傳感器。光纖F-P干涉儀早在20世紀80年代就被發明出來，它的工作機理是基于光波的干涉現象，經過一定長度F-P腔后的信號光會與原始參考光干涉，通過干涉信號的光譜解調可以獲得F-P腔長的變化，因而可利用光波分干涉原理來精確測量小位移和細微的波長變化。在航空航天、工業生產、醫療衛生等領域，光纖F-P干涉儀都有著廣泛的應用前景。光纖F-P干涉儀的結構形式多樣，可以借助不同的制備技術和新型材料構建F-P干涉腔，以實現對光學信號的調制或者對外界環境參量變化的實時、精確監測。

傳統的F-P干涉儀結構均是借助外界環境的影響，實現F-P腔長度的改變，一般的響應速度不高，只能實現對緩變參量的測量。現實生產生活中，很多場合要求實現對動態參量的實時監控，對響應時間的要求極為苛刻。例如對加速度的測量，傳統F-P加速度傳感器均是通過慣性質量塊的移動改變F-P腔長度，其響應速度和準確性都難以滿足精準測量的需要。

發明內容

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于微光纖復合結構的加速度檢測裝置及方法，可以實現對加速度的快速、高精度監測。

采用的技術方案是：

一種基于微光纖復合結構的加速度檢測裝置，微光纖錐7和光纖微球8微光纖錐7用環氧樹脂膠的密封圈3封裝在二氧化硅毛細管內，低折射率匹配液10作為緩沖液灌注到毛細管內，微光纖錐7的端面和光纖微球8構成一個F-P干涉腔。

所述的微光纖錐7由直徑為200微米，纖芯直徑為20微米的多模光纖經過高溫熔融拉伸制作而成，其尖端用光纖切割筆切割平整，同時制作完成的微光纖錐7的尖端將形成錐形纖芯，可產生光學消逝場，有效提高F-P干涉儀的光學傳輸效率和用于傳感測量的靈敏度。所述的光纖微球8是在直徑為125微米的光纖錐尖端熔融制作而成，直徑為40微米，表面鍍厚度為100nm的金膜，以增強反射率，該微球的直徑通過工藝參數進行調整。

所述的低折射率匹配液10折射率為1.37。

光源5發出1520-1580nm的近紅外寬譜光信號，通過底面涂敷1200-2000nm半透半反膜的三角棱鏡9后入射到微光纖錐7中。微光纖錐7的端面和光纖微球8的表面構成一個F-P干涉腔，光信號一部分在微光纖錐7的出射端直接反射回去，另一部分則出射到達光纖微球8的表面，并被反射回去進入微光纖錐7，與直接反射光信號干涉，在三角棱鏡9反射后由光學探測器6接收，加速度變化時，可使光纖微球8偏離結構軸心位置，改變F-P干涉腔的腔長，通過解析兩路干涉光信號可得出F-P干涉腔等效長度的變化量，進而得到加速度的大小。