專利名稱：基于pcf-lpg的一維傾斜角度傳感器及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光子晶體光纖長周期光柵 (long-period grating written in a photonic crystal fiber，PCF-LPG)的一維傾斜角度傳感器及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，傾斜角測量已廣泛應(yīng)用于大型土木建筑工程、電力工程、石化工業(yè)等安全健康監(jiān)控領(lǐng)域，成為生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對傾斜角測量技術(shù)的要求越來越高?；陔娙葑兓瘻y量傾斜角度的傳感器雖然具有靈敏度較高的優(yōu)點，但易受電磁干擾，精度不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能分布式測量和遠(yuǎn)程監(jiān)控，因此其適用范圍受到很大的限制。光纖光柵是一種在光纖通信、光纖傳感及光信息處理領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的無源光纖器件?；诠饫w光柵的傳感器具有抗電磁干擾、集傳感與傳輸于一體、構(gòu)造簡單等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的測量。近年來，有人提出了基于布拉格光纖光柵的傾斜角度傳感器， 如利用懸掛重物的方法將角度變化產(chǎn)生的力直接作用于數(shù)個光纖光柵上，通過測量不同光纖光柵的波長漂移量，即可得到傾斜的角度和方向。但是該傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，測量范圍較小，不適宜推廣應(yīng)用。長周期光纖光柵(long-period fiber grating, LPG)是一種透射型光纖器件。 與普通光纖光柵相比，LPG的諧振波長和幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感。光子晶體光纖 (photonic crystal fiber, PCF)是一種具有許多優(yōu)良光學(xué)特性的新型光纖，如溫度不敏感性。利用具有溫度不敏感特性的光子晶體光纖制作的LPG具有對接觸溶液折射率敏感的特性和良好溫度穩(wěn)定性的優(yōu)點。本發(fā)明正是利用上述優(yōu)點設(shè)計的基于PCF-LPG的一維傾斜角度傳感器，其傳感原理與普通光纖光柵傾斜角測量原理完全不同，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中普通光纖光柵傾斜角度傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提供了一種與普通光纖光柵測量機(jī)理完全不同、結(jié)構(gòu)簡單的PCF-LPG—維傾斜角度傳感器及裝置。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案基于PCF-LPG的一維傾斜角度傳感器包括寬帶光源、PCF-LPG、蔗糖溶液、有機(jī)玻璃管、光譜分析儀。PCF-LPG斜插入有機(jī)玻璃管，與有機(jī)玻璃管的軸線相交且與軸線成一定的夾角 θ (θ <90° )。用膠水密封有機(jī)玻璃管管壁上穿過PCF-LPG的小孔，同時用膠水固定 PCF-LPG,以使PCF-LPG處于自然拉直狀態(tài)。有機(jī)玻璃管一端密封，從另一端注入蔗糖溶液， 使二分之一的PCF-LPG浸沒在蔗糖溶液中而其余部分PCF-LPG暴露在空氣中，然后再密封有機(jī)玻璃管的另一端。PCF-LPG的一端與寬帶光源光連接，PCF-LPG的另一端與光譜分析儀光連接。有機(jī)玻璃管、蔗糖溶液、PCF-LPG構(gòu)成一維傾斜角度傳感器。本發(fā)明所具有的有益效果為1、傳感元PCF-LPG對外界折射率變化十分敏感，當(dāng)因裝置傾斜引起浸入蔗糖溶液中的柵區(qū)長度變化時，PCF-LPG的諧振波長即發(fā)生較大漂移，通過監(jiān)測波長漂移即可解調(diào)出傾斜角改變量。2、由于本發(fā)明的傳感機(jī)理并不需要光纖光柵懸掛重物和懸掛光纖光柵，所以整個傳感器尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單，僅由有機(jī)玻璃管、PCF-LPG、蔗糖溶液構(gòu)成。3、傳感元PCF-LPG處于自然拉直狀態(tài)，有機(jī)玻璃管為硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，在裝置傾斜時，不會改變PCF-LPG的自然拉直狀態(tài)，以消除彎曲對測量的干擾。4、PCF_LPG是一種溫度不敏感器件，可以有效消除溫度對傳感器的干擾。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述。如圖1所示，基于PCF-LPG的一維傾斜角度傳感器，包括寬帶光源1、PCF-LPG 2、 蔗糖溶液3、有機(jī)玻璃管4、光譜分析儀5。PCF-LPG2斜插入有機(jī)玻璃管4，與有機(jī)玻璃管4 的軸線相交且與軸線成一定的夾角θ (Θ <90° )。用膠水密封有機(jī)玻璃管4管壁上穿過 PCF-LPG2的小孔，同時用膠水固定PCF-LPG2，以使PCF-LPG2處于自然拉直狀態(tài)。有機(jī)玻璃管4 一端密封，從另一端注入蔗糖溶液3，使二分之一的PCF-LPG2浸沒在蔗糖溶液3中而其余部分PCF-LPG2暴露在空氣中，然后再密封有機(jī)玻璃管4的另一端。PCF-LPG2的一端與寬帶光源1光連接，PCF-LPG2的另一端與光譜分析儀5光連接。有機(jī)玻璃管4、蔗糖溶液3、 PCF-LPG2構(gòu)成一維傾斜角度傳感器。本實施方式的工作方式為當(dāng)該裝置傾斜時，PCF-LPG與水平面的夾角改變，進(jìn)而浸入蔗糖溶液中的PCF-LPG柵區(qū)長度發(fā)生改變，導(dǎo)致PCF-LPG諧振波長的漂移。通過測量 PCF-LPG的波長漂移量，反推出PCF-LPG浸入蔗糖溶液中長度的改變量，進(jìn)而推出PCF-LPG 與水平面的夾角，裝置的傾斜角度即可求得。該裝置的靈敏度約為0.2nm/度，若光譜分析儀的分辨率為0. Olnm，該傳感器的分辨率可達(dá)0. 05度。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)傾斜角度測量的關(guān)鍵因素為1. PCF-LPG對折射率變化十分敏感，通過監(jiān)測PCF-LPG諧振波長漂移量即可求得裝置傾斜角的變化。2.為使溶液表面水平，選取的有機(jī)玻璃管直徑要足夠大以消除液體表面張力帶來的液面彎曲。3. PCF-LPG與有機(jī)玻璃管的母線的夾角應(yīng)盡量小，這樣在裝置傾斜時，PCF-LPG才能完全浸入蔗糖溶液中。4.選取蔗糖溶液的折射率近似于PCF-LPG包層的有效折射率，有利于提高傳感器的靈敏度。
本實施例中PCF-LPG的柵區(qū)長度為1. 9cm,諧振波長為1566nm，諧振波長處衰減幅度為20dB，其中柵格周期為469um，周期數(shù)為40。有機(jī)玻璃管的直徑為4cm，高10cm。蔗糖溶液的折射率為1.42。
權(quán)利要求
1.基于PCF-LPG的一維傾斜角度傳感器及裝置包括寬帶光源、蔗糖溶液、PCF-LPG、有機(jī)玻璃管、光譜分析儀，其特征在于PCF-LPG斜插入有機(jī)玻璃管，與有機(jī)玻璃管的軸線相交且與軸線成一定的夾角θ (θ <90° )。用膠水密封有機(jī)玻璃管管壁上穿過PCF-LPG的小孔，同時用膠水固定PCF-LPG， 以使PCF-LPG處于自然拉直狀態(tài)。有機(jī)玻璃管一端密封，從另一端注入蔗糖溶液，使二分之一的PCF-LPG浸沒在蔗糖溶液中而其余部分PCF-LPG暴露在空氣中，然后再密封有機(jī)玻璃管的另一端。PCF-LPG的一端與寬帶光源光連接，PCF-LPG的另一端與光譜分析儀光連接。 有機(jī)玻璃管、蔗糖溶液、PCF-LPG構(gòu)成一維傾斜角度傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)玻璃管，其特征在于其為硬質(zhì)材料，在裝置傾斜時不發(fā)生形變。
3.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)玻璃管，其特征在于其直徑足夠大，以消除液體表面張力帶來的液面彎曲。
4.如權(quán)利要求1所述的PCF-LPG，其特征在于具有溫度不敏感性，能夠有效消除溫度對傳感器的干擾。
5.如權(quán)利要求1所述的PCF-LPG，其特征在于其與有機(jī)玻璃管軸線的夾角要盡量小，以使在裝置傾斜時PCF-LPG完全浸入蔗糖溶液中。
6.如權(quán)利要求1所述的蔗糖溶液，其特征在于其折射率接近但小于PCF-LPG包層的有效折射率。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于PCF-LPG的一維傾斜角度傳感器及裝置。PCF-LPG斜插入有機(jī)玻璃管，與有機(jī)玻璃管的軸線相交且與軸線成一定的夾角θ(θ＜90°)。用膠水密封有機(jī)玻璃管管壁上穿過PCF-LPG的小孔，同時用膠水固定PCF-LPG，以使PCF-LPG處于自然拉直狀態(tài)。有機(jī)玻璃管一端密封，從另一端注入蔗糖溶液，使二分之一的PCF-LPG浸沒在蔗糖溶液中而其余部分PCF-LPG暴露在空氣中，然后再密封有機(jī)玻璃管的另一端。PCF-LPG的一端與寬帶光源光連接，PCF-LPG的另一端與光譜分析儀光連接。有機(jī)玻璃管、蔗糖溶液、PCF-LPG構(gòu)成一維傾斜角度傳感器。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高的優(yōu)點，并且能有效消除溫度對傳感器的干擾。
文檔編號G01J9/00GK102168970SQ201010619538
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者姬崇軻, 王云鵬, 胡李敏, 董新永, 趙春柳, 金尚忠, 金永興 申請人:中國計量學(xué)院