專利名稱：基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種傳感裝置，具體地說是應用于光纖傳感及光電檢測的傳感裝
置。
背景技術：
傳統(tǒng)的反射式光纖傳感器基本原理如圖1所示，光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器的耦合， 進入發(fā)射光纖，再通過發(fā)射光纖射向反射器，其反射光由接收光纖收集，并送到光電探測 器，通過信號處理單元的處理得到光纖端面與被測面之間距離的變化。該傳感器的特點是 結構緊湊、原理簡單、設計靈活、價格低廉等，從而在許多物理量(如位移、壓力、振動、表面 粗糙度等)測量中成功獲得應用。但該傳感器通常采用多模光纖作為發(fā)射光纖，由于功率 更高、更為穩(wěn)定的相干激光容易在多模光纖的出射端形成散斑場，并不適合作為照明光源， 從而該傳感器通常采用LED作為照明光源，進而使傳感器存在橫向分辨力差，靈敏度低，易 受干擾而穩(wěn)定性差等問題，限制了多模光纖傳感器在一些要求較高的特殊場合下的應用。 為了克服傳統(tǒng)反射式光纖傳感的上述缺點，國內外學者做了許多有益嘗試。哈爾濱工業(yè)大學的趙勇等(趙勇，李鵬生，馬惠萍，等.提高激光光纖測量系統(tǒng) 分辨力的方法.光電工程· 1999，26 (5) 27-30)以及美國專利US20090135427 "Laser reflection optical fiber sensor”分別提供了一種基于單模光纖照射的反射式光纖傳感 器，很好的抑制了反射式多模光纖傳感器的缺點，并極大了提高系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定性。B\] f^ Ψ # P. B. Buchade φ (P. B. Buchade, A. D. Shaligram. Simulation andexperimental studies of inclined two fiber displacement sensor.Sensorsand Actuators A，2006，128 (2) 312-316)以及上海理工大學的馬軍山等(方蘭蘭，馬軍山.一 種提高反射式光纖位移傳感器靈敏度的方法.應用激光，2007，27 (2) 129-131)分別研究 了反射式傾斜光纖傳感器，其設置兩光纖傾斜一定角度，極大地提高了傳感器的靈敏度，并 可通過調整兩光纖間夾角以及兩光纖間隔來改善傳感器的靈敏度，具有極大地靈活性，但 該傳感器仍采用多模光纖作為發(fā)射光纖。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏度且可調、結構簡單且穩(wěn)定、成本低的基于單 模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器，它包括光源、光纖耦合器、 光纖、反射器、光電探測器和信號處理單元，其特征是光纖耦合器的一端連接光源的出射 端，光纖耦合器的另一端連接發(fā)射光纖，發(fā)射光纖的出射端和接收光纖的接收端面向反射 器，接收光纖的出射端連接光電探測器，光電探測器連接信號處理單元。本發(fā)明的基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器還可以包括1、所述的光源為相干激光，發(fā)射光纖為單模光纖，接收光纖為多模光纖。
2、所述的發(fā)射光纖的出射端和接收光纖的接收端與發(fā)射器所成夾角可調。本發(fā)明的優(yōu)勢在于1、采用單模光纖作為發(fā)射光纖和相干激光作照明光源，很好地避免了反射式傾斜多模光纖傳感器易受干擾而穩(wěn)定性差等缺點，同時可進一步提高傳感 器的靈敏度。2、相對于傳統(tǒng)反射式光纖傳感器，針對不同的測量，可選擇不同的光纖傾角和 中心距，靈敏度高且可調。


圖1為現(xiàn)有技術反射式光纖傳感器原理結構示意圖；圖2為本發(fā)明基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器原理結構示意圖；圖3為本發(fā)明基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器傳感頭結構原理示意 圖；圖4為本發(fā)明基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器不同光纖傾角下傳感 器響應曲線。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結合圖1 4，本發(fā)明的基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器包括光源1、 光纖耦合器2、發(fā)射光纖31、反射器4、接收光纖5、光電探測器6以及信號處理單元7，其中 光源1為相干激光，發(fā)射光纖31為單模光纖，接收光纖5為多模光纖，且發(fā)射光纖31和接 收光纖5相對于反射器4以一定角度傾斜放置。整個傳感器光的路徑為光源1發(fā)出的光 通過光纖耦合器2的耦合，射向發(fā)射光纖3，再通過發(fā)射光纖31射向反射器4，其反射光由 接收光纖5收集，再送到光電探測器6，并通過信號處理單元7處理得到光纖端面與反射器 之間距離的變化。發(fā)射光纖31為單模光纖，接收光纖5為多模光纖，且發(fā)射光纖31和接收 光纖5相對于反射器4以一定角度傾斜放置。光源1為相干激光。下面通過提供一個具體實施例可進一步理解本發(fā)明。本發(fā)明傳感頭結構原理如圖3所示，其中發(fā)射光纖31為單模光纖，其模場直徑為 2wi = 10. 5μπι，包層直徑dl = 125 μ m，數(shù)值孔徑NA = 0. 11 ；接收光纖25為多模光纖， 其纖芯直徑為2ar = 5(^111，包層直徑(12 = 125 μ m ；兩光纖外包層端面之間距離為df = 125 μ m，夾角為2 α，本實施例中分別設α = 0,2. 5°，5.0°，7. 5°和10° ；C = 0. 04為反 射器的吸收系數(shù)。由圖中的幾何關系，可得接收光纖5接收端面處光斑半徑w(d)為<formula>formula see original document page 4</formula>
其中<formula>formula see original document page 4</formula>，d 為目標距離。接收光纖5與發(fā)射光纖31軸向中心距df’為
<formula>formula see original document page 4</formula>
設用高斯模型表示發(fā)射光纖的出射端光強分布，則接收光纖5接收的光功率為<formula>formula see original document page 4</formula>
代入上述確定的系統(tǒng)參數(shù)，便可得到傳感器的功率仿真響應曲線，如圖4所示。從圖中可以看出，相對于傳統(tǒng)的反射光纖傳感器(α =0)，傾斜式光纖傳感器大大提高了系 統(tǒng)靈敏度，同時通過調整入射光纖和接收光纖的傾角，可進一步提高傳感器的靈敏度
權利要求
基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器，它包括光源、光纖耦合器、光纖、反射器、光電探測器和信號處理單元，其特征是光纖耦合器的一端連接光源的出射端，光纖耦合器的另一端連接發(fā)射光纖，發(fā)射光纖的出射端和接收光纖的接收端面向反射器，接收光纖的出射端連接光電探測器，光電探測器連接信號處理單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器，其特征是所 述的光源為相干激光，發(fā)射光纖為單模光纖，接收光纖為多模光纖。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器，其特征是 所述的發(fā)射光纖的出射端和接收光纖的接收端與發(fā)射器所成夾角可調。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供基于單模光纖照射的反射式傾斜光纖傳感器，它包括光源、光纖耦合器、光纖、反射器、光電探測器和信號處理單元，其特征是光纖耦合器的一端連接光源的出射端，光纖耦合器的另一端連接發(fā)射光纖，發(fā)射光纖的出射端和接收光纖的接收端面向反射器，接收光纖的出射端連接光電探測器，光電探測器連接信號處理單元。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、采用單模光纖作為發(fā)射光纖和相干激光作照明光源，很好地避免了反射式傾斜多模光纖傳感器易受干擾而穩(wěn)定性差等缺點，同時可進一步提高傳感器的靈敏度。2、相對于傳統(tǒng)反射式光纖傳感器，針對不同的測量，可選擇不同的光纖傾角和中心距，靈敏度高且可調。
文檔編號G02B6/26GK101799303SQ201010144349
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權日2010年4月12日
發(fā)明者單明廣, 彭歡, 鐘志 申請人:哈爾濱工程大學