一種基于s型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，它由寬帶光源、入射單模光纖、S型光纖、長周期光柵、出射單模光纖、光功率計構(gòu)成，其中長周期光柵刻于S型光纖上。通過將該傳感結(jié)構(gòu)固定在需測量的微位移平臺上，當(dāng)待測微位移發(fā)生變化時，S型光纖由于軸向應(yīng)力導(dǎo)致彎曲度發(fā)生變化，即S型光纖兩側(cè)的垂直距離隨著待測微位移的增大而減小，S型光纖的纖芯和包層能量分布發(fā)生變化，導(dǎo)致測量裝置輸出諧振峰的光強(qiáng)發(fā)生改變，通過監(jiān)測該變化可以獲得微位移的變化量。該裝置可以避免使用復(fù)雜和昂貴的檢測和解調(diào)系統(tǒng)，能夠在環(huán)境參數(shù)測量中廣泛地使用。
【專利說明】
-種基于s型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于微位移參數(shù)測量領(lǐng)域，具體為一種能夠測量微米量級微位移的測 量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光學(xué)設(shè)備和一些工業(yè)應(yīng)用中比如微加工，機(jī)器人技術(shù)，原子力顯微鏡和微機(jī)電 系統(tǒng)等需要精確的操作控制應(yīng)用方面，微位移測量是一個關(guān)鍵因素，長期W來受到國內(nèi)外 研究學(xué)者的高度關(guān)注。常見的光纖光學(xué)微位移測量有如下結(jié)構(gòu)、布拉格光纖光柵、長周期光 纖光柵、光纖錐、錯位光纖。運(yùn)些結(jié)構(gòu)都比較簡單，容易制造，但是大部分上述的結(jié)構(gòu)都是波 長解調(diào)類型，所W不可避免的使用復(fù)雜和昂貴的檢測和解調(diào)系統(tǒng)。最近新型強(qiáng)度解調(diào)類型 的光纖光柵微位移傳感器引起了廣泛的關(guān)注。如利用單模和光子晶體光纖構(gòu)成馬赫曾德爾 干設(shè)儀，結(jié)構(gòu)簡單，微位移靈敏度，但是該傳感器的制造需要昂貴的光子晶體光纖;利用蝴 蝶結(jié)錐光纖和錯位光纖構(gòu)成馬赫曾德爾干設(shè)儀，也具有很高的微位移靈敏度，但是該結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，脆弱異斷，并且容易受外界環(huán)境的影響。
[0003] 本實用新型公開的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置， 采用中屯、波長為1550nm的寬光譜作為測量用光源，利用烙接機(jī)在普通單模光纖上形成S型 結(jié)構(gòu)，在其上刻寫長周期光柵形成微位移傳感頭，通過將該測量裝置固定在待測微位移平 臺上，利用測量裝置輸出諧振峰的強(qiáng)度隨被測微位移的變化特征，達(dá)到測量微位移的目的。 本實用新型的優(yōu)點在于:僅通過在S型光纖上刻寫長周期光柵，就能實現(xiàn)微位移的高精度傳 感，僅通過監(jiān)測輸出光強(qiáng)的變化可W實現(xiàn)微位移的測量。由于是強(qiáng)度解調(diào)型測量裝置，可W 避免使用復(fù)雜昂貴的檢測和解調(diào)系統(tǒng)，可W在多種環(huán)境參數(shù)測量中廣泛使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高的光纖微位移測量裝置。
[0005] 本實用新型采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，包括寬帶光源（1)、 入射單模光纖(2)、S型光纖(3)、長周期光柵(4)、出射單模光纖巧）、光功率計(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柵(4) 的一端相連，長周期光柵(4)的另一端與出射單模光纖(5)的一端相連，出射單模光纖巧）的 另一端與光功率計(6)相連，S型光纖(3)位于長周期光柵(4)的中間。
[0007] 所述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，其特征在于 寬帶光源（1)的工作波長為1520nm-1570nm。
[000引所述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，其特征是S型 光纖(3)位于長周期光柵(4)的中間，其中S型光纖(3)的錯位寬度和長度分別為35.47祉m與 68 姐m。
[0009]所述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，其特征是長 周期光柵(4)刻在S型光纖(3)上，其周期和長度分別為600WI1與24mm。
[0010] 本實用新型的工作原理是：寬帶光源1發(fā)出的光通過一段入射單模光纖2后進(jìn)入長 周期光柵4后，除了包層中損耗的光外，其余光通過出射單模光纖5輸出。當(dāng)待測微位移發(fā)生 變化時，長周期光柵4的周期和S型光纖3的彎曲度均發(fā)生變化，且WS型光纖3的彎曲度變化 為主。S型光纖3的彎曲度變化引起S型光纖中纖忍能量Icnre和包層能量Iclad兩者的分配發(fā)生 變化，導(dǎo)致測量裝置輸出光譜的條紋可見度k發(fā)生變化，其表達(dá)式表示如下：
[0011]
(1)
[001 ^ 式中Icore為纖忍中的光強(qiáng)，Iclad為包層中的光強(qiáng)。對公式（1 )求導(dǎo)可知，當(dāng)Icore和 Iclad中的能量相等，即Icnre與Iclad的比值為1時，測量裝置輸出條紋可見度最強(qiáng)。
[0013] 本實用新型的有益效果是:僅僅通過普通單模光纖形成的S型光纖上刻寫長周期 光柵即可形成強(qiáng)度解調(diào)型微位移測量裝置，不在依賴于傳統(tǒng)的光譜儀，僅僅利用光功率計 即可實現(xiàn)微位移的測量。此外，所述的測量裝置有較高的靈敏度，在0-50WI1范圍內(nèi)，靈敏度 高達(dá)0.172地Aim。該方法能夠廣泛應(yīng)用在其他類似參數(shù)測量中。
【附圖說明】
[0014] 圖1是一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2為被測微位移與諧振峰強(qiáng)度的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0016] W下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步描述：
[0017] 參見圖1所示，一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，包括 寬帶光源（1)、入射單模光纖(2)、S型光纖(3)、長周期光柵(4)、出射單模光纖巧）、光功率計 (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 長周期光柵(4)的一端相連，長周期光柵(4)的另一端與出射單模光纖巧）的一端相連，出射 單模光纖(5)的另一端與光功率計(6)相連，S型光纖(3)位于長周期光柵(4)中間。
[0018] 上述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，其寬帶光源 (1)的工作波長為1520nm-157化m;所述的S型光纖(3)位于長周期光柵(4)的中間，其長度分 別為35.47祉m與686μπι;所述的長周期光柵(4)的周期和長度分別為600皿與24mm。
[0019] -種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，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)入長周期光柵4時，一部 分光進(jìn)入長周期光柵4與S型光纖3的包層，另一部分光保持在纖忍中傳輸，當(dāng)纖忍和包層中 的光傳輸?shù)匠錾鋯文?時，兩束光相遇產(chǎn)生特定波長的諧振峰。當(dāng)外界微位移發(fā)生變化時，S 型光纖的彎曲度隨著微位移的增大而減小，從而導(dǎo)致諧振峰強(qiáng)度發(fā)生變化，長周期光柵的 周期變化遠(yuǎn)小于S型光纖的彎曲度變化，可W忽略。圖2為被測微位移與諧振峰強(qiáng)度的關(guān)系 示意圖，微位移測量范圍為0-50μπι時，測量靈敏度高達(dá)0.172地Aim。
【主權(quán)項】
1. 一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置，包括寬帶光源（1)、入 射單模光纖(2)、S型光纖(3)、長周期光柵(4)、出射單模光纖(5)光功率計(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柵(4)的 一端相連，長周期光柵(4)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 一端與光功率計(6)相連，S型光纖(3)位于長周期光柵(4)中間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置， 其特征是寬譜光源（1)的工作波長為1520nm-1570nm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置， 其特征是S型光纖(3)位于長周期光柵(4)的中間，其中S型光纖(3)的錯位寬度和長度分別 為 35·478μπι 和686μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于S型光纖的強(qiáng)度解調(diào)型長周期光柵微位移測量裝置， 其特征是長周期光柵(4)刻在S型光纖(3)上，其周期和長度分別為600μπι和24_。
【文檔編號】G01B11/02GK205448974SQ201521096356
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月23日
【發(fā)明人】周曉影, 康娟, 王小蕾, 桑濤, 李晨霞, 趙春柳
【申請人】中國計量學(xué)院