一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種光纖傳感器，尤其設(shè)及一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵 (LPG)曲率傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 結(jié)構(gòu)的曲率變形作為一個(gè)重要的參數(shù)，在W往通常采用間接測量的方式獲得，具 體為:先利用應(yīng)變計(jì)測量結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)變與曲率之間的關(guān)系推算出被測結(jié)構(gòu) 的曲率。運(yùn)種方法較為復(fù)雜，且應(yīng)用范圍受限，當(dāng)測量較大的彎曲變形時(shí)，應(yīng)變計(jì)拉伸后難 W恢復(fù)原狀，因而無法測量較大的彎曲變形。
[0003] 隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖曲率傳感器也得到飛速發(fā)展，其成本低，精度高，可實(shí) 現(xiàn)大曲率的測量等優(yōu)點(diǎn)，使得其正逐漸取代W應(yīng)變計(jì)為主的間接測量方法。常見的光纖曲 率傳感器，如基于光纖拉錐的曲率傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，但是靈敏度較低，且傳感器脆弱易斷； 基于光子晶體錯(cuò)位烙接方法的曲率傳感器，靈敏度較高，但成本也較高，且烙接困難;上述 的運(yùn)些光纖曲率傳感器在實(shí)際應(yīng)用中均受到限制。
[0004] 為了解決上述光纖曲率傳感器的靈敏度低、傳感頭脆弱，成本高等缺點(diǎn)，本實(shí)用新 型設(shè)計(jì)了一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵結(jié)構(gòu)來進(jìn)行曲率的傳感與測量。當(dāng)外界環(huán)境 如曲率發(fā)生變化時(shí)，長周期光纖光柵的周期和內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的圓度都兩者都隨之發(fā)生變 化，兩者變化的疊加效果，導(dǎo)致傳感器的透射光譜諧振峰漂移量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的長周期光纖 光柵，通過監(jiān)測透射光譜中諧振峰峰值波長的漂移量實(shí)現(xiàn)曲率的測量，同時(shí)兩者的疊加效 果提高了測量的靈敏度。該內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)長周期光纖光柵傳感器具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單， 成本低等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，該 傳感器制作簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低且靈敏度遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)普通長周期光纖光柵。
[0006] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，包括：寬帶光源（1)、入射單模 光纖(2)、長周期光纖光柵(3)、光纖球形結(jié)構(gòu)(4)、出射單模光纖(5)、光譜分析儀(6);寬帶 光源（1)的輸入端與入射單模光纖(2)的一端相連、入射單模光纖(2)的另一端與長周期光 纖光柵(3)的一端相連，長周期光纖光柵(3)的另一端與出射單模光纖巧）的一端相連，出射 單模光纖(5)的另一端與光譜分析儀(6)相連，長周期光纖光柵(3)的中間嵌入光纖球形結(jié) 構(gòu)(4)。
[000引所述的一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，其特征在于內(nèi)嵌的光纖 球形結(jié)構(gòu)(4)在長周期光纖光柵(3)的正中，其直徑為187]im-207iim。
[0009]所述的一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，其特征在于內(nèi)嵌的光纖 球形結(jié)構(gòu)(4)在長周期光纖光柵(3)的正中，其直徑為187]im-207iim。
[0010] 本實(shí)用新型的工作原理是：寬帶光源I發(fā)出的光通過入射單模光纖2后進(jìn)入內(nèi)嵌球 形結(jié)構(gòu)4的長周期光纖光柵3后，光在纖忍和包層中分別傳輸，最后除了包層中損耗的光外， 其余通過出射單模光纖輸出。當(dāng)內(nèi)嵌光纖球形結(jié)構(gòu)4的長周期光纖光柵的曲率發(fā)生變化的 時(shí)候，長周期光纖光柵：T中的每個(gè)被調(diào)制的折射率橫截面發(fā)生傾斜，導(dǎo)致其等效周期發(fā)生 改變。諧振波長如下表示：
[0011] AD=(nc〇-nci)A (1)
[0012]其中Ad為長周期光纖光柵的諧振峰，nc。為纖忍的有效折射率，nci為包層的有效折 射率，A為長周期光纖光柵的周期。由公式可知，輸出波長隨周期的改變而漂移。
[0013] 此外曲率的變化導(dǎo)致內(nèi)嵌光纖球形結(jié)構(gòu)4的圓度亦發(fā)生變化，其與長周期光纖光 柵疊加的共同效果如下表示：
[0014]
(2)
[001引其中，As為內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)和長周期光纖光柵共同作用的諧振波長，d為長周期光纖 光柵常數(shù)，i為光束入射角，0為光柵衍射角，隨球形結(jié)構(gòu)圓度的變化而變化，最終導(dǎo)致輸出 波長的較大幅度漂移。
[0016] 本實(shí)用新型的有益效果是:傳感頭制作簡單，僅需普通的光纖烙接機(jī)和C〇2激光器 即可;傳感頭成本低，僅需普通的單模光纖即可;傳感頭靈敏度高，曲率變化導(dǎo)致長周期光 纖光柵的周期和內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的圓度均發(fā)生變化，兩者變化的疊加效果，增大了光譜諧振 峰的漂移量，提高了測量靈敏度。
【附圖說明】
[0017] 圖1為一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本實(shí)用新型的傳感器諧振波長與被測曲率關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] W下結(jié)合附圖及實(shí)驗(yàn)實(shí)例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述：
[0020] 圖1中，一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，包括寬帶光源1、入射單 模光纖2、長周期光纖光柵3、光纖球形結(jié)構(gòu)4、出射單模光纖5、光譜分析儀6;寬帶光源1的輸 入端與入射單模光纖2的一端端連接，入射單模光纖2的另一端與長周期光纖光柵3的一端 連接，長周期光纖光柵3的中端嵌入光纖球形結(jié)構(gòu)4，長周期光纖光柵3的另一端與出射單模 光纖5的一端相連，出射單模光纖5的另一端與光譜分析儀6的輸入端連接。
[0021] 上述的一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，其特征在于內(nèi)嵌的光纖 球形結(jié)構(gòu)(4)在長周期光纖光柵(3)的正中，其直徑為187WI1-207WI1;長周期光纖光柵(3)的 周期為605皿，長度為24mm，透射譜在1200nm-1600nm可調(diào)。
[0022] -種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，其工作方式為：寬帶光源1的中 屯、波長為1550納米，其發(fā)出的光通過入射單模光纖2后進(jìn)入長周期光纖光柵3時(shí)，一部分光 進(jìn)入長周期光纖光柵3的包層，激發(fā)包層模在長周期光纖光柵3的包層中傳輸;另一部分光 保持在纖忍中傳輸，纖忍中的光經(jīng)過光纖球形結(jié)構(gòu)4時(shí)，一部分光繼續(xù)保持在纖忍中傳輸， 另一部分光進(jìn)入光纖球形結(jié)構(gòu)4的包層，與長周期光纖光柵3包層中的光共同作用產(chǎn)生新的 包層模。當(dāng)纖忍和包層中的光傳輸?shù)匠錾鋯文?時(shí)，纖忍和包層的光相遇，產(chǎn)生特定波長的 諧振峰。當(dāng)外界曲率發(fā)生變化時(shí)，長周期光纖光柵的周期和內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的圓度都隨之發(fā) 生變化，兩者變化的疊加效果，導(dǎo)致傳感器透射光譜的諧振峰發(fā)生漂移。圖2為被測曲率變 化與諧振波長的關(guān)系示意圖，曲率測量范圍為〇-〇.71nfi，靈敏度高達(dá)-104nm/nfi。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，包括：寬帶光源（1)、入射單模光 纖(2)、長周期光纖光柵(3)、光纖球形結(jié)構(gòu)(4)、出射單模光纖(5)、光譜分析儀(6);寬帶光 源（1)的輸出端與入射單模光纖(2)的一端相連、入射單模光纖(2)的另一端與長周期光纖 光柵(3)的一端相連，長周期光纖光柵(3)的另一端與出射單模光纖(5)的一端相連，出射單 模光纖(5)的另一端與光譜分析儀(6)相連，長周期光纖光柵(3)的中間嵌入光纖球形結(jié)構(gòu) ⑷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，其特征在 于內(nèi)嵌的光纖球形結(jié)構(gòu)(4)在長周期光纖光柵(3)的正中，其直徑為187μπι-207μπι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，其特征在 于所述的長周期光纖光柵(3)的周期為605μπι，長度為24mm，透射光譜波段在1200nm-1600nm 可調(diào)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵曲率傳感器，它由寬帶光源、入射單模光纖、長周期光纖光柵、光纖球形結(jié)構(gòu)、出射單模光纖、光譜分析儀構(gòu)成。當(dāng)外界環(huán)境如曲率發(fā)生變化時(shí)，長周期光纖光柵的周期和內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的圓度都隨之發(fā)生變化，兩者變化的疊加效果，導(dǎo)致傳感器的透射光譜諧振峰漂移量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的長周期光纖光柵，通過監(jiān)測透射光譜中峰值波長的漂移量可以實(shí)現(xiàn)曲率的測量，同時(shí)疊加效果可以提高測量的靈敏度。該內(nèi)嵌球形結(jié)構(gòu)的長周期光纖光柵傳感器具有靈敏度高，制造簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號】CN205373660
【申請?zhí)枴緾N201521096323
【發(fā)明人】周曉影, 康娟, 王小蕾, 李晨霞, 趙春柳
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2015年12月23日