本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到位移全光纖傳感器。

背景技術(shù)：
全光纖傳感器主要包括光纖光柵傳感器、光纖馬赫曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀傳感器、光纖法布里-珀羅(Fabry–Pérot)干涉儀傳感器和薩格納克(Sagnac)干涉儀傳感器等。全光纖傳感器憑借其體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、制作簡單、精度高、易集成和分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于測量溫度、應(yīng)變、磁場、電流和位移等物理量。其檢測原理是由被測體上述物理量的變化而引起光纖的反射或者透射光譜的波長偏移、相位變化、偏振態(tài)變化及強(qiáng)度變化，然后再通過解調(diào)這些光譜變化而達(dá)到對被測物理量的檢測目的。光纖微位移傳感器應(yīng)用微彎對光傳輸?shù)挠绊?，?shí)現(xiàn)對微小位移量的測量，由于光傳輸限制在光纖纖芯內(nèi)，可免除周圍環(huán)境的干擾，傳感器不僅體積小，而且靈敏度高。目前，單純利用光纖纖芯錯(cuò)位工藝實(shí)現(xiàn)的馬赫增德爾干涉應(yīng)用有很多報(bào)道，大部分全光纖類型的傳感器，比如光纖光柵、光纖法布里-珀羅傳感器，制作工藝復(fù)雜，成本較高；其它傳統(tǒng)類型的電子類傳感器，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗外界干擾(包括腐蝕、電磁干擾等)能力差；馬赫曾德爾干涉結(jié)構(gòu)傳感器所利用的纖芯適配結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、機(jī)械強(qiáng)度相對較差。利用馬赫增德爾干涉原理設(shè)計(jì)的公開號為CN103063238A、發(fā)明名稱為《一種基于馬赫曾德爾干涉的全光纖傳感器》，用于測試外界溫度，折射率、液面及軸向應(yīng)力等參量的測量傳感器，采用在單模光纖的端部熔接多模光纖，多模光纖的端部熔接細(xì)芯光纖，細(xì)芯光纖的端部熔接單模光纖的結(jié)構(gòu)，這種全光纖傳感器，多模光纖和細(xì)芯光纖的長度都會明顯影響到干涉光譜的強(qiáng)度以及自由光譜范圍，而且長度較長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜機(jī)械強(qiáng)度下降，影響到測量范圍以及靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的問題是克服上述光纖傳感器的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、機(jī)械強(qiáng)度大、工藝簡單的光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器。解決上述技術(shù)問題的方案是：在隔溫保護(hù)罩的左端設(shè)置有左位移傳動(dòng)塊、右端設(shè)置有滑動(dòng)活塞，滑動(dòng)活塞的右端設(shè)置有右位移傳動(dòng)塊，右位移傳動(dòng)塊和隔溫保護(hù)罩上設(shè)置外套裝有恢復(fù)彈簧的支撐桿，支撐桿的右端設(shè)置有位移限制塊，左單模光纖的一端穿過左位移傳動(dòng)塊與寬帶光源相連，右單模光纖的一端穿過滑動(dòng)活塞和右位移傳動(dòng)塊與光譜分析儀相連，左單模光纖的另一端與細(xì)芯光纖的一端熔接，右單模光纖的另一端與細(xì)芯光纖的另一端熔接，在細(xì)芯光纖的包層上加工有折射率調(diào)制腔a。本發(fā)明的折射率調(diào)制腔a的長度為100～1000μm。本發(fā)明的細(xì)芯光纖的長度為2～30mm。本發(fā)明的細(xì)芯光纖的纖芯外徑是左單模光纖的纖芯、右單模光纖的纖芯外徑的一半。本發(fā)明的細(xì)芯光纖為光敏細(xì)芯光纖。由于本發(fā)明采用在細(xì)芯光纖的兩端熔接單模光纖，細(xì)芯光纖的兩端熔接單模光纖，細(xì)芯光纖的包層內(nèi)加工有折射率調(diào)制腔，細(xì)芯光纖5的長度為2～30mm，折射率調(diào)制腔的長度為100～1000μm。細(xì)芯光纖的纖芯外徑是單模光纖的纖芯外徑的一半，使得這種傳感器具有較高的靈敏度和線性度。本發(fā)明具有結(jié)簡單、體積小、機(jī)械強(qiáng)度高、靈敏度和線性度高等優(yōu)點(diǎn)，可作為位移傳感器，也可作為折射率傳感器、溫度傳感器。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中細(xì)芯光纖5與左單模光纖12和右單模光纖6的聯(lián)接示意圖。圖3是測試實(shí)驗(yàn)的光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器的初始光譜圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1在圖1中，本實(shí)施例的光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器由左位移傳動(dòng)塊1、隔溫保護(hù)罩2、恢復(fù)彈簧3、支撐桿4、細(xì)芯光纖5、右單模光纖6、位移限制塊7、滑動(dòng)活塞8、右位移傳動(dòng)塊9、光譜分析儀10、光纖夾持器11、左單模光纖12、寬帶光源13聯(lián)接構(gòu)成。在隔溫保護(hù)罩2的左端通過螺紋聯(lián)接安裝有左位移傳動(dòng)塊1、右端安裝有滑動(dòng)活塞8，滑動(dòng)活塞8的右端通過螺紋聯(lián)接安裝有右位移傳動(dòng)塊9，右位移傳動(dòng)塊9和隔溫保護(hù)罩2上用螺紋緊固聯(lián)接件固定聯(lián)接安裝有兩個(gè)支撐桿4，每個(gè)支撐桿4外套裝有恢復(fù)彈簧3，滑動(dòng)活塞8在外力的作用下可沿著支撐桿4在隔溫保護(hù)罩2的右端內(nèi)左右移動(dòng)，每個(gè)支撐桿4的右端焊接聯(lián)接有位移限制塊7，位移限制塊7用于限制滑動(dòng)活塞8向左移動(dòng)的極限位置。左單模光纖12用光纖夾持器11固定在隔溫保護(hù)罩2內(nèi)左側(cè)，右單模光纖6用光纖夾持器11固定在滑動(dòng)活塞8的左端面。左單模光纖12的一端穿過左位移傳動(dòng)塊1與寬帶光源13相連，右單模光纖6的一端穿過滑動(dòng)活塞8和右位移傳動(dòng)塊9與光譜分析儀10相連，左單模光纖12的另一端與細(xì)芯光纖5的一端熔接，右單模光纖6的另一端與細(xì)芯光纖5的另一端熔接，本實(shí)施例的細(xì)芯光纖5為光敏細(xì)芯光纖，這種結(jié)構(gòu)的細(xì)芯光纖5，便于在其上進(jìn)行加工。在圖2中，本實(shí)施例的左單模光纖12、右單模光纖6、細(xì)芯光纖5為市場上銷售的商品，左單模光纖12和右單模光纖6是同一種產(chǎn)品，細(xì)芯光纖5的長度為15mm，細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的外徑是左單模光纖12的纖芯12-1、右單模光纖6的纖芯6-1外徑的一半。在細(xì)芯光纖5的包層5-2上用激光加工有折射率調(diào)制腔a，本實(shí)施例折射率調(diào)制腔a的長度為500μm。寬帶光源13的光從左單模光纖12輸入，由于左單模光纖12的纖芯12-1的外徑大于細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的外徑，纖芯失配，左單模光纖12的纖芯12-1中的部分光在它與細(xì)芯光纖5熔接處耦合到細(xì)芯光纖5的包層5-2中傳輸，在細(xì)芯光纖包層5-2中傳輸?shù)墓膺M(jìn)入到折射率調(diào)制腔a內(nèi)傳輸，由于折射率調(diào)制腔a的折射率小于包層5-2的折射率，從而達(dá)到使光傳輸?shù)南辔徊钭兇螅馔ㄟ^折射率調(diào)制腔a后，在細(xì)芯光纖5與右單模光纖6熔接處的細(xì)芯光纖包層5-2中傳輸?shù)墓庠俅务詈系接覇文９饫w6的纖芯6-1中，這部分光和細(xì)芯光纖5的纖芯5-1中的光發(fā)生干涉，從右單模光纖6輸出到光譜分析儀10。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，細(xì)芯光纖5的長度為2mm，細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的外徑是左單模光纖12的纖芯12-1、右單模光纖6的纖芯6-1外徑的一半。在細(xì)芯光纖5的包層5-2上用激光加工有折射率調(diào)制腔a，折射率調(diào)制腔a的長度為100μm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3在本實(shí)施例中，細(xì)芯光纖5的長度為30mm，細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的外徑是左單模光纖12的纖芯12-1、右單模光纖6的纖芯6-1外徑的一半。在細(xì)芯光纖5的包層5-2上用激光加工有折射率調(diào)制腔a，折射率調(diào)制腔a的長度為1000μm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4在本實(shí)施例中，細(xì)芯光纖5的長度為2mm，細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的外徑是左單模光纖12的纖芯12-1、右單模光纖6的纖芯6-1外徑的一半。在細(xì)芯光纖5的包層5-2上用激光加工有折射率調(diào)制腔a，折射率調(diào)制腔a的長度為1000μm。其他零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)施例5在本實(shí)施例中，細(xì)芯光纖5的長度為30mm，細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的外徑是左單模光纖12的纖芯12-1、右單模光纖6的纖芯6-1外徑的一半。在細(xì)芯光纖5的包層5-2上用激光加工有折射率調(diào)制腔a，折射率調(diào)制腔a的長度為100μm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用本發(fā)明實(shí)施例1的光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器在測試平臺上將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)情況如下：將光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器固定在測試平臺上，光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器一端固定不動(dòng)，另一端固定在位移臺上。位移臺不發(fā)生位移時(shí)，記錄初始光譜；位移從0～70μm每間隔10μm間續(xù)變化，記錄光譜變化，光譜變化見圖3。在圖3中，取所記錄的干涉光譜中的四個(gè)點(diǎn)(初始波長分別為1538.16nm、1545.08nm、1560.68nm、1567.20nm)為測量基準(zhǔn)，分別記錄每次滑動(dòng)活塞8發(fā)生位移后，光譜的波長值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，采用本發(fā)明實(shí)施例1的光纖微結(jié)構(gòu)位移傳感器，在實(shí)驗(yàn)中所取的波長點(diǎn)對于位移的測量具有很好的靈敏度和線性度。表1滑動(dòng)活塞8發(fā)生位移后光譜的波長值位移量(um)波長I(nm)波長II(nm)波長III(nm)波長IV(nm)01538.161545.081560.681567.20101538.181545.101560.741567.26201538.201545.161560.801567.32301538.241545.221560.861567.38401538.301545.281560.921567.44501538.361545.31560.981567.50601538.401545.341561.041567.56701538.441545.381561.101567.60本發(fā)明的工作原理如下：在初始所測物體沒有發(fā)生位移時(shí)，寬帶光源13的光從左單模光纖12輸入，經(jīng)過細(xì)心光纖5和右單模光纖6傳輸，進(jìn)入到光譜分析儀10，記錄初始光譜。光在光纖的傳輸過程中，由于左單模光纖12的線芯12-1和右單模光纖6的線芯6-1的直徑大于細(xì)芯光纖5的纖芯5-1的直徑，在細(xì)芯光纖5左端熔接面一部分傳導(dǎo)光繼續(xù)在細(xì)芯光纖5纖芯5-1中傳導(dǎo)，另一部分進(jìn)入細(xì)芯包層5-2中傳輸，在細(xì)芯光纖5右端的熔接面包層5-2和纖芯5-1中的光會發(fā)生干涉。光的干涉強(qiáng)度主要受細(xì)芯光纖5的包層5-2和纖芯5-1中光傳播的相位影響，而光的相位主要由細(xì)芯光纖5的長度、光纖的折射率分布決定。光進(jìn)入折射率調(diào)制腔a，使折射率差Δn發(fā)生改變?nèi)缦率剑害'＝(ncore-ncladding)+(ncore-ncavity)式中Δφ,λ,L,Δn,ncore,ncladding分別為相位差，傳導(dǎo)光波長，細(xì)芯光纖5的長度，纖芯和包層的折射率差，以及纖芯和包層的折射率，由于折射率調(diào)制腔a的折射率小于細(xì)芯光纖的包層5-2的折射率，光傳播的相位變化Δφ增大如下式：式中Lcore,Lcavity分別為細(xì)芯光纖5和折射率調(diào)制腔a的長度，ncavity為折射率調(diào)制腔a的折射率，相位變化Δφ的增大使干涉得到了加強(qiáng)。當(dāng)所測物體發(fā)生了位移，滑動(dòng)活塞8發(fā)生位移時(shí)，滑動(dòng)活塞8壓縮細(xì)心光纖5，使細(xì)芯光纖5發(fā)生彎曲，長度發(fā)生微小變化，折射率調(diào)制腔a的體積發(fā)生變化，使得折射率改變，光傳播的相位也就會發(fā)生改變，反映在光譜上為對應(yīng)的波長漂移，與所記錄的初始光譜進(jìn)行對比，利用漂移量的數(shù)值，可以解調(diào)出滑動(dòng)活塞8發(fā)生的位移量大小。