[實(shí)用新型]一種基于立體光柵的矢量應(yīng)變傳感器

有效

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• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN210036616U
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于棟友;閆正
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍山峰瀾科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
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• 代理人: 暫無信息

本實(shí)用新型公開了一種基于立體光柵的矢量應(yīng)變傳感器，包括寬帶光源、3dB耦合器、傳輸光纖、立體光柵以及光譜儀；所述的立體光柵是在同一位置刻寫3個分別相隔120°、中心波長互不相同的光纖布拉格光柵；當(dāng)某一方向的應(yīng)變發(fā)生變化時，三個不同方向的光纖布拉格光柵會受到不同大小的應(yīng)變，光纖布拉格光柵的周期和纖芯模的有效折射率將會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使光纖布拉格光柵的中心波長發(fā)生漂移，通過對不同方向的光纖布拉格光柵的中心波長漂移量的檢測來獲得不同方向上的應(yīng)變量的大小，從而通過矢量運(yùn)算得出應(yīng)變的大小和方向，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的矢量測量；本實(shí)用新型矢量應(yīng)變傳感器具有可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的矢量測量的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于立體光柵的矢量應(yīng)變傳感器。

背景技術(shù)

光纖光柵是通過強(qiáng)激光照射使其纖芯內(nèi)的縱向折射率呈周期性變化，從而形成的衍射光柵。其基本原理是將光纖特定位置制成折射率周期分布的光柵區(qū)，于是特定波長的光波在這個區(qū)域內(nèi)將被反射。光纖光柵不僅具有高靈敏度、抗電磁干擾、插入損耗低、體積小、質(zhì)量輕、化學(xué)穩(wěn)定、本質(zhì)防爆、耐腐蝕、無源等特點(diǎn)，還具有對波長絕對編碼的特點(diǎn)，克服了強(qiáng)度調(diào)制傳感器必須采取措施以補(bǔ)償光源輸出功率波動、光纖連接和耦合器的損耗而影響測量結(jié)果的弱點(diǎn)。

利用飛秒激光脈沖誘導(dǎo)光纖纖芯產(chǎn)生折射率變化刻寫光纖光柵的技術(shù)方案主要有兩種：一是逐點(diǎn)刻寫法，利用聚焦的飛秒激光束沿光纖逐點(diǎn)曝光，使纖芯的折射率形成周期性分布而制成光纖光柵；二是相位掩模法，其原理與傳統(tǒng)的相位掩模法類似，只是曝光光源改用飛秒脈沖激光。與傳統(tǒng)的相位掩模法相比，飛秒激光逐點(diǎn)刻寫法的優(yōu)勢有：(1)快速、靈活的刻寫過程；(2)無需對光纖進(jìn)行光敏處理；(3)熱穩(wěn)定性好，適合高溫下工作；(4)較小的折射率調(diào)制區(qū)域和較大的折射率調(diào)制量。而飛秒照射相位掩模法除了具有上述(2)、(3)兩個優(yōu)點(diǎn)外，還因飛秒激光較小的相干長度而使其對相位掩模板的要求大大降低。

光纖光柵傳感器因其獨(dú)有的優(yōu)勢，在電力工業(yè)、航空航天以及大型工程的健康監(jiān)測中起到了重要作用。在電力工業(yè)中，設(shè)備的工作會產(chǎn)生復(fù)雜的電磁場，且一些電力設(shè)備常常處于戶外環(huán)境中，光纖光柵傳感器能對其進(jìn)行遠(yuǎn)程分布式傳感監(jiān)測，大大降低設(shè)備維護(hù)的成本；航空航天是一個精密的領(lǐng)域，在飛行材料制作過程中，將光纖光柵傳感器埋入其中，不僅減輕了飛行器的重量，而且解決了傳感器安裝困難的問題，更重要的是可以對飛行器的安全進(jìn)行有效的監(jiān)測；大型工程結(jié)構(gòu)服役期間的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測對評估結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行有非常重要的意義，而光纖光柵傳感器可以通過鑲嵌在其內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測。

但是，現(xiàn)有的光纖光柵應(yīng)變傳感器由單個光纖布拉格光柵構(gòu)成，僅能實(shí)現(xiàn)應(yīng)變大小的測量，而無法對應(yīng)變的施加方向進(jìn)行判斷，因此不適用于某些需要進(jìn)行空間應(yīng)變測量的場合。針對上述問題，我們提出了一種基于立體光柵的矢量應(yīng)變傳感器，其利用立體光柵可多方向同時測量的特性，通過對不同方向的布拉格光柵的中心波長漂移量的檢測來獲得不同方向上的應(yīng)變量的大小，從而通過矢量運(yùn)算得出應(yīng)變的大小和方向，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的矢量測量。該傳感器具有可多方向同時測量的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足矢量測量的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的無法對應(yīng)變進(jìn)行矢量測量的不足，提供了一種基于立體光柵的矢量應(yīng)變傳感器，該傳感器具有可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的矢量測量的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

一種基于立體光柵的矢量應(yīng)變傳感器，包括寬帶光源、3dB耦合器、傳輸光纖、立體光柵以及光譜儀。

所述的3dB耦合器包含三個端口，其中一側(cè)的兩個端口中的一個與寬帶光源相連，另一個與光譜儀輸入端相連；另一側(cè)的端口通過傳輸光纖與立體光柵相連。

所述的立體光柵是在同一位置刻寫3個分別相隔120°、中心波長互不相同的光纖布拉格光柵。

本實(shí)用新型的有益效果為：