專利名稱：保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波長調(diào)制型保偏長周期光纖光柵應(yīng)力傳感器。根據(jù)保偏長周期光纖光柵在不同角度的應(yīng)力作用下產(chǎn)生的波長變化檢測應(yīng)力作用方向及大小，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光導(dǎo)纖維的實用化和光通信技術(shù)的發(fā)展，光纖在傳感領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，并且迅速發(fā)展而形成一個新的研究方向——光纖傳感技術(shù)。光在光纖中傳輸時，其強度、相位、頻率、偏振態(tài)等參量容易受到外部環(huán)境的影響，如應(yīng)力、溫度、電場、磁場等。通過測量這些光參量的變化獲得相應(yīng)物理量的變化的技術(shù)即為光纖傳感技術(shù)。光纖傳感器相對于傳統(tǒng)的電量傳感器具有靈敏度高、適應(yīng)性強、抗電磁干擾、傳輸距離長、使用壽命長、結(jié)構(gòu)小巧等優(yōu)點，因此光纖傳感器在高溫高壓、強電磁場、易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。光纖光柵是在光纖芯內(nèi)介質(zhì)折射率呈周期性變化的一種光纖無源器件，其作用相當(dāng)于一個窄帶反射鏡，光纖光柵的種類主要有Bragg光纖光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)、長周期光纖光柵(LPRO、啁啾光纖光柵(CFBG)等。利用FBG進行應(yīng)力、溫度等參量的傳感研究已經(jīng)十分成熟，并且有相應(yīng)的產(chǎn)品出現(xiàn)，已經(jīng)在電力、石油、化工等領(lǐng)域得到了相應(yīng)的應(yīng)用，是目前最成熟的準(zhǔn)分布式光纖傳感器。在最近十年中，隨著長周期光纖光柵的發(fā)展，研究人員開始轉(zhuǎn)向長周期光纖光柵特性的研究。LPre在傳感方面的研究成為目前受到關(guān)注的一個熱點，它可以用于應(yīng)變、溫度、折射率、扭轉(zhuǎn)、彎曲、振動等方面的傳感。 LPFG對溫度的敏感性成為其在傳感領(lǐng)域急需改進的一個問題，因為在進行其他參量測量時存在交叉敏感的問題。V. Miatia在1996年最早報道了 LPTO的應(yīng)變和溫度的傳感實驗， 但是僅僅分別考慮了應(yīng)變和溫度單獨存在時的敏感特點，并沒有考慮到交叉敏感的問題。 同時，H. J. Patrick報道了利用一對Bragg光纖光柵和LPTO實現(xiàn)應(yīng)變和溫度的同時測量。 V. Bhatia在1997年利用LPTO實現(xiàn)了應(yīng)變和溫度同時測量；此后，H. J. Patrick和B. H. Lee 等人對LPre的彎曲特性進行了傳感實驗研究，2003年，王義平等人利用長周期光纖光柵設(shè)計了一套微彎傳感器；張自嘉等人在2007年對長周期光纖光柵的軸向應(yīng)變特性進行了研究。關(guān)于LPre的實驗研究的報道在最近也相當(dāng)?shù)亩啵已芯坑霉饫w也從單模LPre轉(zhuǎn)向保偏LPre。自2002年開始，國內(nèi)的研究人員開始利用保偏光纖制作長周期光纖光柵，并對制作方法、LPFG的應(yīng)力溫度特性和偏振特性進行了研究，所采用的保偏光纖為熊貓型保偏光纖。保偏光纖主要有熊貓型、領(lǐng)結(jié)型、橢圓型等幾種類型，由于保偏光纖本身結(jié)構(gòu)的特殊性，使得在保偏光纖上一次寫入光纖光柵就可得到等效意義上的兩個光柵，它們的諧振波長由于各自所在軸的折射率不同而不同。目前用于制作LPre的主要是熊貓型保偏光纖， 對于領(lǐng)結(jié)型保偏光纖用于LPre的制作還沒有見過報道，而且領(lǐng)結(jié)型保偏光纖相對于熊貓型保偏光纖由于在制作工藝上的差別，其保偏效果具有明顯差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種高精度、多角度保偏長周期光纖光柵應(yīng)力傳感器，利用領(lǐng)結(jié)型保偏光纖制作的長周期光纖光柵，通過檢測輸出波長的變化測量應(yīng)力的角度。


圖1是保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖中寬譜LED光源(1)，保偏長周期光纖光柵(2)，波分復(fù)用器(3)，光譜儀(4)，帶有凹槽的平板(5)，領(lǐng)結(jié)型保偏光纖(6)。圖2是保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
圖中寬譜激光器(7)，保偏長周期光纖光柵(8)，濾波片(9)，可調(diào)諧法布里-珀羅 (F-P)腔(10)，光電探測器(11)，數(shù)據(jù)處理單元(12)。
具體實施例方式實施例1圖1是保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括寬譜LED光源(1)，保偏長周期光纖光柵(2)，波分復(fù)用器(3)，光譜儀(4)。其特征在于保偏長周期光纖光柵(2)采用領(lǐng)結(jié)型保偏光纖，通過帶有凹槽的平板(5)擠壓領(lǐng)結(jié)型保偏光纖(6)制作而成，寬譜LED光源(1)發(fā)出的光經(jīng)過耦合進入保偏長周期光纖光柵(2)，對保偏長周期光纖光柵(2)施加不同方向的應(yīng)力，其透射波長發(fā)生變化，利用波分復(fù)用器(3)對透射波長進行分光，通過光譜儀(4)檢測輸出波長的變化，對測量數(shù)據(jù)進行處理，最終得到應(yīng)力施加方向。實施例2圖2是保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括寬譜激光器(7)，保偏長周期光纖光柵(8)，濾波片(9)，可調(diào)諧法布里-珀羅(F-P)腔(10)， 光電探測器(11)，數(shù)據(jù)處理單元(12)。其特征在于寬譜激光器(7)發(fā)出的光耦合進入保偏長周期光纖光柵(8)，保偏長周期光纖光柵(8)利用振幅掩膜法直接刻蝕在領(lǐng)結(jié)型保偏光纖上，出射波長通過濾波片(9)進行分光，利用可調(diào)諧法布里-珀羅腔(10)和光電探測器 (11)進行波長解調(diào)，然后利用數(shù)據(jù)處理單元(12)顯示波長變化情況，并最終得到應(yīng)力施加方向。上述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用來限定本發(fā)明的實施范圍，采用領(lǐng)結(jié)型保偏光纖制作保偏長周期光纖光柵的方法也不僅僅限制于上述的兩種方法。
權(quán)利要求
1.保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器，其特征在于，包括一個光源；一個保偏長周期光纖光柵；一個濾波器；以及波長解調(diào)系統(tǒng)；其中，所述光源可以為寬譜LED或?qū)捵V激光器；保偏長周期光纖光柵采用領(lǐng)結(jié)型保偏光纖制作；濾波器可以為波分復(fù)用器，或者濾波片；該傳感器的使用方法為由寬譜LED或?qū)捵V激光器發(fā)出的光束進入保偏長周期光纖光柵，保偏長周期光纖光柵在外部應(yīng)力作用下產(chǎn)生兩個不同波長的出射光，通過濾波器對兩個出射光進行分離，然后利用波長解調(diào)系統(tǒng)對出射光的波長進行解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器，其特征在于，制作保偏長周期光纖光柵采用的保偏光纖為領(lǐng)結(jié)型保偏光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器，其特征在于，制作保偏長周期光纖光柵采用的方法可以為振幅掩模法，或者微彎變形法。
全文摘要
一種保偏長周期光纖光柵多角度應(yīng)力傳感器，該傳感器通過使用領(lǐng)結(jié)型保偏光纖制作的長周期光纖光柵進行應(yīng)力測量，通過對保偏長周期光纖光柵施加不同角度的應(yīng)力測量投射光波長的變化情況來計算施加應(yīng)力的方向。本發(fā)明能夠在對應(yīng)力進行測量的同時對施加應(yīng)力的方向進行測量，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，實用性強。
文檔編號G01L1/24GK102322991SQ201110247129
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者楊雙收, 魏秀珍 申請人:北京一輕研究院