基于光纖的微位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于位移傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于光纖的微位移傳感器。該位移傳感器包括寬帶光源、耦合器和光譜儀；所述耦合器的第一端口與寬帶光源通過光纖連接，耦合器的第二端口與光譜儀通過光纖連接，耦合器的第三端口與第四端口分別連接一根測量光纖，兩根測量光纖的自由端有一段平行或共線，兩根測量光纖的自由端的縱向偏移量為G，橫向偏移量為S；其中，G為0～1mm，S不大于測量光纖的直徑。利用兩測量光纖的端面的距離變化來實驗位移傳感，穩(wěn)定性高，其敏感度遠遠大于已有的光纖傳感器，并且敏感度隨著兩光纖間隙的減小而增大，能夠?qū)崿F(xiàn)超高敏感度的位移測量。另外，該傳感器中不需要高雙折射的保偏光纖，在制作成本上也大大降低。
【專利說明】基于光纖的微位移傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于位移傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于光纖的微位移傳感器，適用于工業(yè)加工、自動化控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感器的優(yōu)勢在于抗電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、實驗測量。已經(jīng)實用化的光纖位移傳感器主要包括兩大類:強度傳感器和波長傳感器。強度傳感器是最早出現(xiàn)的位移傳感器，并且已經(jīng)被用作商用幾十年，這得益于其極度簡單的結(jié)構(gòu)和較高的實用性。其基本工作原理是通過不同的位移值影響通過傳感器接收到的光功率，不同的位移對應于不同的光功率值，以此達到傳感的目的。多數(shù)強度傳感器只有一個輸出和一個輸出，對光源的功率穩(wěn)定性要求較高，為了解決這個缺陷，采用兩個輸出光纖的結(jié)構(gòu)能夠避免光源的功率波動對測量精度的影響。無論是以上哪種結(jié)構(gòu)的位移強度傳感器，它們的傳感精度都相對較低，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，波長傳感器在測量敏感度上有了十分巨大的進步。最主要的一種波長傳感器是以干涉儀原理為基礎(chǔ)，這種傳感器不僅對光源的功率波動免疫，而且在敏感度也很聞。
[0003]干涉儀結(jié)構(gòu)通常包括馬赫曾德爾干涉、薩尼亞克干涉儀、邁克爾遜干涉儀、FP腔干涉儀、多模干涉儀等。馬赫曾德爾干涉儀是將輸出光分成兩路，在不同的路徑中傳輸，這使得其在溫度和振動的穩(wěn)定性上較差；邁克爾遜干涉儀也一樣，只是將光的分束與合束用一個結(jié)構(gòu)來完成，同樣不能避免外界干擾的影響。FP腔通常較短，對溫度和振動的穩(wěn)定性較好，但位移的敏感度不高。薩尼亞克干涉儀的兩束光在同一個光纖中傳輸，外界干擾的影響大大降低，因此，它可以被用來做穩(wěn)定的位移傳感，但是已經(jīng)報道的傳感器在位移敏感度上都不高，并且在光纖環(huán)中都需要高雙折射的光纖作為偏振控制器件，這使得其制作成本也較聞。
[0004]因此，目前的光纖位移傳感器所面臨的問題是:穩(wěn)定性差、敏感度低和成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型針對現(xiàn)有的光纖位移傳感器的缺點，提供了一種基于光纖的微位移傳感器。
[0006]本實用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]該位移傳感器包括寬帶光源、耦合器和光譜儀；所述耦合器的第一端口與寬帶光源通過光纖連接，耦合器的第二端口與光譜儀通過光纖連接，耦合器的第三端口與第四端口分別連接一根測量光纖，兩根測量光纖的自由端有一段平行或共線，兩根測量光纖的自由端的縱向偏移量為G,橫向偏移量為S ；
[0008]其中，G為O?1mm, S不大于測量光纖的直徑。
[0009]本實用新型的有益效果為:
[0010]利用兩測量光纖的端面的距離變化來實驗位移傳感，穩(wěn)定性高，其位移傳感的敏感度遠遠大于已有的光纖傳感器，并且敏感度隨著兩光纖間隙的減小而增大，能夠?qū)崿F(xiàn)超高敏感度的位移測量。另外，該傳感器的測量部分構(gòu)成Sagnac環(huán)結(jié)構(gòu)，但不需要高雙折射的保偏光纖，在制作成本上也大大降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為兩根測量光纖的相對位置關(guān)系圖。
[0013]圖中標號:
[0014]1-寬帶光源；2-耦合器；21-第一端口 ；22_第二端口 ；23_第三端口 ；24_第四端口 ； 3-光譜儀。

【具體實施方式】
[0015]本實用新型提供了一種基于光纖的微位移傳感器，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步描述。
[0016]該位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括寬帶光源1、耦合器2和光譜儀3。
[0017]耦合器2的第一端口 21與寬帶光源I通過光纖連接，耦合器2的第二端口 22與光譜儀3通過光纖連接，耦合器2的第三端口 23與第四端口 24分別連接一根測量光纖，兩根測量光纖的自由端有一段平行或共線，兩根測量光纖的自由端的縱向偏移量為G，橫向偏移量為S,如圖2所不；其中，G為O?1mm, S不大于測量光纖的直徑。
[0018]使用該位移傳感器可以測量微小的縱向位移和橫向位移，其方法分別為:
[0019]將兩根測量光纖的自由端分別固定在一個可能發(fā)生相對位移的器件上。如果兩根測量光纖末端橫截面完全對齊，光譜儀3的輸出顯示將不會有干涉現(xiàn)象出現(xiàn)，因此，將橫向偏移量S設置為不大于測量光纖的直徑的一個固定值并保持不變，測量光纖軸線方向上的縱向偏移量G的變化會使光譜儀3的自由光譜范圍發(fā)生變化，以此來測量微小的縱向位移。將縱向偏移量G設置為O?Imm之間的一個固定值并保持不變,測量光纖橫向上的橫向偏移量S的變化會使光譜儀3的傳輸光譜波長發(fā)生漂移，以此來測量微小的橫向位移。
【權(quán)利要求】
1.基于光纖的微位移傳感器，包括寬帶光源(I)、耦合器(2)和光譜儀(3)，其特征在于: 所述耦合器(2)的第一端口(21)與寬帶光源(I)通過光纖連接，耦合器(2)的第二端口(22)與光譜儀(3)通過光纖連接，耦合器(2)的第三端口(23)與第四端口(24)分別連接一根測量光纖，兩根測量光纖的自由端有一段平行或共線，兩根測量光纖的自由端的縱向偏移量為G,橫向偏移量為S ； 其中，G為O?1mm, S不大于測量光纖的直徑。
【文檔編號】G01B11/02GK204043619SQ201420531821
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】蔡文川, 李丹勇 申請人:北京交通大學