專利名稱：一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與傳統(tǒng)的電式傳感器相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、重量輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質(zhì)安全。由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又可以作為電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，這使它可以方便有效地用于各種大型機(jī)電、地震波檢測(cè)、石油化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。用光纖作為加速度測(cè)量媒介的機(jī)理多種多樣，而基于光纖布拉格光柵的加速度傳感器以其較簡(jiǎn)單的原理一采用加速度變化引起的波長(zhǎng)漂移量或反射光功率變化進(jìn)行解調(diào)即可得到加速度信息，而受到人們的重視。光纖光柵加速度傳感器自問(wèn)世以來(lái)不斷發(fā)展， 在地震勘探、石油化工、公路、橋梁的振動(dòng)檢測(cè)和建筑物的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)等方面有廣泛的應(yīng)用，因此研究光纖光柵加速度傳感器具有重要的意義。已經(jīng)報(bào)道的幾種光纖光柵加速度傳感器中，大多數(shù)是基于測(cè)量光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)來(lái)獲得被測(cè)參量信息。此類光纖光柵傳感器，為了進(jìn)行傳感測(cè)量必須檢測(cè)出光纖光柵的反射波長(zhǎng)變化，在檢測(cè)過(guò)程中需要用到昂貴的波長(zhǎng)測(cè)量?jī)x器如光纖光譜儀、波長(zhǎng)解調(diào)儀等，限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。近年來(lái)，低成本的光纖光柵加速度傳感器的研制受到格外關(guān)注。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有光纖光柵加速度傳感器存在的價(jià)格昂貴、靈敏度不高及不能進(jìn)行強(qiáng)度解調(diào)的缺點(diǎn)，提出了一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、成本較低的基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是—種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，包括寬帶光源、光電探測(cè)器、光纖耦合器、固定裝置、單模光纖拉錐區(qū)域、光纖光柵和一定質(zhì)量的重物。首先將一段單模光纖進(jìn)行拉錐處理，然后和光纖光柵串聯(lián)作為傳感頭，通過(guò)光纖耦合器分別與光源和光電探測(cè)器相連接，形成光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)1.以包含拉錐區(qū)域(錐區(qū))和光纖光柵的普通單模光纖為傳感頭，具有結(jié)構(gòu)緊湊、 傳感頭體積小、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種加速度監(jiān)測(cè)的環(huán)境惡劣或者對(duì)傳感器尺寸要求嚴(yán)格的工程領(lǐng)域。2.光纖光柵反射的光功率會(huì)隨著加速度引起的錐區(qū)的彎曲變化產(chǎn)生泄漏損耗，表現(xiàn)為光電探測(cè)器輸出的變化。因此具有靈敏度高、傳感解調(diào)裝置成本低的優(yōu)勢(shì)。
圖1為本實(shí)用新型的光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)圖圖2為本實(shí)用新型的基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。如圖1，2所示，一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，主要包括寬帶光源 1、光電探測(cè)器2、光纖耦合器3，固定裝置4，單模光纖錐區(qū)5和光纖光柵6。寬帶光源1與 1X2光纖耦合器3的一端相連，光纖耦合器3的另一端連接到單模光纖錐區(qū)5的一端，光纖耦合器3的另一端與光電探測(cè)器2相連，經(jīng)過(guò)光纖錐區(qū)5的另一端與光纖光柵6連接。使用固定裝置4將光纖錐區(qū)5的靠近耦合器3的一端固定，在光纖自由端根據(jù)需要固定一定質(zhì)量的重物7，使光纖錐區(qū)5產(chǎn)生一定的初始彎曲。拉錐部分的光纖束腰可以通過(guò)控制拉錐時(shí)間得到不同效果，拉錐時(shí)間越長(zhǎng)其光纖束腰越細(xì)，其形成的傳感器靈敏度越高。光纖光柵的波長(zhǎng)應(yīng)包含在光源的光譜范圍之內(nèi)，可在1520-1565nm的C波段內(nèi)。單模光纖的一端與經(jīng)過(guò)拉錐的光纖連接，另一端與一個(gè)1 X 2 光纖耦合器連接。光纖耦合器的另兩端分別于寬帶光源和光電探測(cè)器連接。本實(shí)用新型裝置的工作方式為由寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)光纖耦合器后依次進(jìn)入光纖錐區(qū)和光纖光柵，光纖光柵反射回來(lái)的光再次經(jīng)過(guò)錐區(qū)和耦合器后被光電探測(cè)器探測(cè)。 由于光纖錐區(qū)的損耗隨其彎曲程度的不同而變化，當(dāng)加速度作用于傳感器時(shí)，光纖及光纖自由端固定的重物受到力的作用，使錐區(qū)的彎曲受到影響，跟隨加速度變化，所以光電探測(cè)器探測(cè)到的功率也會(huì)隨著加速度變化。從光電探測(cè)器的輸出就可以解調(diào)出加速度的信息。本實(shí)用新型裝置能夠測(cè)量加速度的關(guān)鍵為單模光纖經(jīng)過(guò)拉錐后其傳輸損耗對(duì)彎曲敏感，而加速度會(huì)引起光纖錐區(qū)的彎曲變化，使光纖光柵反射的光的功率產(chǎn)生變化。該種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、抗電磁干擾，可實(shí)現(xiàn)在0 50Hz頻率變化范圍內(nèi)的良好測(cè)量效果，為微振動(dòng)領(lǐng)域提供了一種有效的測(cè)量方法，并且監(jiān)測(cè)裝置只需要低成本的光電探測(cè)器，因此成本較低，比較實(shí)用。
權(quán)利要求1. 一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，包括寬帶光源(1)、光電探測(cè)器O)、 光纖耦合器(3)、固定裝置G)、單模光纖拉錐區(qū)域(5)、光纖光柵(6)和一定質(zhì)量的重物 (7)，其特征在于將一段單模光纖進(jìn)行拉錐處理后和光纖光柵串聯(lián)作為傳感頭，通過(guò)光纖耦合器分別與光源和光電探測(cè)器相連接，形成光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，使用強(qiáng)度解調(diào)的方法實(shí)現(xiàn)加速度測(cè)量，以緊湊的結(jié)構(gòu)解決了一般光纖傳感器存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，包括寬帶光源(1)、光電探測(cè)器(2)、光纖耦合器(3)、固定裝置(4)、單模光纖拉錐區(qū)域(5)、光纖光柵(6)和一定質(zhì)量的重物(7)，其特征在于將一段單模光纖進(jìn)行拉錐處理后和光纖光柵串聯(lián)作為傳感頭，通過(guò)光纖耦合器分別與光源和光電探測(cè)器相連接，形成光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)。本實(shí)用新型光纖光柵加速度傳感器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各種加速度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01P15/093GK202075306SQ20102061834
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者倪凱, 李嵐, 董新永, 趙春柳 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院