專利名稱：使用多模干涉sms結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的fbg加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾 波器的光纖布拉格光柵(FBG)加速度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與傳統(tǒng)的電式傳感器相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、重量輕、體積 小、抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕。由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又是電絕 緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，并且安全可靠，這使它可以方便有效地應(yīng)用于各種大型機(jī)電、石油 化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。FBG的傳感原理是其中心反射波長與光纖光柵周期和纖芯的有效折射率相關(guān)， 所以當(dāng)被測物理量引起FBG的周期或者有效折射率改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其反射波長變化。除了 具有一般光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，光纖光柵傳感器還具有獨(dú)特的波分復(fù)用能力，可大大減少 傳感網(wǎng)絡(luò)的布線工作。由于FBG具有很高的應(yīng)變靈敏度，F(xiàn)BG應(yīng)變傳感器被廣泛應(yīng)用在工 程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測中，并逐漸發(fā)展出測量其他物理量(如加速度、振動(dòng)等)的傳感器。FBG加速度傳感器具有測量精度高、測量范圍寬、不受電磁干擾、耐腐蝕、抗沖擊振 動(dòng)、抗疲勞、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。可用于巖土工程的變形、位置相對移動(dòng)的測量，也可用于病 害工程的裂縫監(jiān)測。鑒于光纖光柵加速度傳感器的上述優(yōu)勢，光纖光柵加速度傳感器的應(yīng)用范圍較 廣，涉及國民經(jīng)濟(jì)的很多重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中 使用，解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場需求。在實(shí)際工程應(yīng)用中，使用光纖光柵加速度傳感器進(jìn)行波長測量時(shí)，需要使用光纖 光譜儀、波長計(jì)等進(jìn)行測量，然而此類儀器價(jià)格較高、體積較大、掃描速度較慢、攜帶不方 便，不適合用于現(xiàn)場監(jiān)測和實(shí)時(shí)性要求較高的場合。而強(qiáng)度解調(diào)型FBG傳感器測量的是傳 感光信號(hào)的強(qiáng)度或光功率，避免了使用波長解調(diào)型FBG傳感器的缺點(diǎn)，達(dá)到了降低系統(tǒng)成 本和增強(qiáng)傳感系統(tǒng)實(shí)用性的效果。因此，如何設(shè)計(jì)制作出強(qiáng)度解調(diào)型光纖光柵加速度傳感 器提高其實(shí)用性是光纖傳感領(lǐng)域的一個(gè)重要技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中加速度傳感器靈敏度不高和傳感器裝 置價(jià)格昂貴的問題，提供了一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感
ο本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包括寬帶光源、光纖 布拉格光柵(FBG)、3dB耦合器、單模-多模-單模干涉結(jié)構(gòu)(SMS)、光功率計(jì)(OPM)。3dB耦合器一邊的端口與FBG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源一端和SMS光纖結(jié)構(gòu)一端光連接；SMS光纖結(jié)構(gòu)的另一端與光功率計(jì)光連接。本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于實(shí)際應(yīng)用，具有較寬工作范圍，并且能減 少儀器非線性因素影響的高靈敏度強(qiáng)度解調(diào)型光纖光柵加速度傳感器。本實(shí)用新型所具有 的有益效果為以粘貼在等腰三角形懸臂梁上的FBG作傳感頭，大大提高了傳感器的靈敏 度和測量范圍并且可以抗電磁干擾。采用SMS光纖結(jié)構(gòu)形成的干涉條紋的任意一個(gè)邊沿的 線性區(qū)作為濾波器對FBG加速度傳感器進(jìn)行強(qiáng)度解調(diào)，使用簡單的光功率計(jì)監(jiān)測FBG傳感 器隨加速度的變化成為可能，這樣既降低了傳感裝置的成本，又可把整個(gè)傳感裝置封裝在 一起。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包 括寬帶光源l、3dB耦合器2、等腰三角形懸臂梁3、光纖布拉格光柵(FBG)4、質(zhì)量塊5、入射 單模光纖6、多模光纖7、出射單模光纖8、光功率計(jì)9。寬帶光源1經(jīng)3dB耦合器2，其一端 口連接光纖布拉格光柵(FBG) 4，光纖布拉格光柵(FBG) 4粘貼在等腰三角形懸臂梁3上，等 腰三角形懸臂梁3右端連接質(zhì)量塊5，本實(shí)用新型中質(zhì)量塊5的質(zhì)量要遠(yuǎn)大于懸臂梁的質(zhì) 量，用于減少光纖光柵加速度傳感器的非線性效應(yīng)。3dB耦合器2的另一個(gè)端口連接入射單 模光纖6，入射單模光纖6與多模光纖7的一端連接，多模光纖7的另一端與出射單模光纖 8連接組成SMS光纖結(jié)構(gòu)。將形成的SMS光纖結(jié)構(gòu)連接到光功率計(jì)9。本實(shí)用新型裝置的工作方式為寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)3dB耦合器入射到FBG傳感 器，經(jīng)過FBG的反射光再次經(jīng)過3dB耦合器后入射進(jìn)多模干涉SMS光纖結(jié)構(gòu)，光經(jīng)過SMS光 纖結(jié)構(gòu)后入射到光功率計(jì)，光功率計(jì)在出射單模光纖端監(jiān)測功率變化，該裝置正是通過監(jiān) 測反射光功率變化來反映FBG傳感器受加速度的變化。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)傳感測量加速度信息的關(guān)鍵技術(shù)為FBG的中心波長變化范圍必 須在多模干涉SMS光纖結(jié)構(gòu)的干涉峰的任意一個(gè)臂的邊沿線性區(qū)；SMS光纖結(jié)構(gòu)的線性區(qū) 是把FBG的波長變化轉(zhuǎn)化為光功率變化的工具。本實(shí)施例中FBG的長度為1. 5cm，波長為1550nm ；使用的多模干涉SMS光纖結(jié)構(gòu)中 多模光纖為40mm，SMS光纖結(jié)構(gòu)形成的干涉條紋的帶寬范圍15nm。
權(quán)利要求1. 一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包括寬帶光源、光 纖布拉格光柵(FBG)、3dB耦合器、單模-多模-單模干涉結(jié)構(gòu)(SMS)、光功率計(jì)(OPM)；其特 征在于3dB耦合器一邊的端口與FBG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與 寬帶光源一端和SMS光纖結(jié)構(gòu)一端光連接；SMS光纖結(jié)構(gòu)的另一端與光功率計(jì)光連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種使用級(jí)聯(lián)長周期光柵作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器。傳統(tǒng)的加速度傳感器不能在強(qiáng)電磁場環(huán)境中工作，多點(diǎn)測量的成本過高。一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包括寬帶光源、光纖布拉格光柵(FBG)、3dB耦合器、單模-多模-單模干涉結(jié)構(gòu)(SMS)、光功率計(jì)(OPM)；其特征在于3dB耦合器一邊的端口與FBG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源一端和SMS光纖結(jié)構(gòu)一端光連接；SMS光纖結(jié)構(gòu)的另一端與光功率計(jì)光連接。本實(shí)用新型靈敏度高、抗干擾、降低了傳感器和傳感系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)G01P15/03GK201903554SQ201020642400
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者何少靈, 張文超, 李嵐, 王廣東, 趙宇, 郭喜鳳 申請人:李嵐