基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器。本實用新型由一個光子晶體光纖兩端塌陷熔接單模光纖組成的光纖干涉儀作為傳感頭，置于含有填充液的管狀容器中，其后連接光纖布拉格光柵做為解調器。所述的管狀容器為兩端密封的中空圓柱體結構，在管狀容器的側壁靠近底部和頂部的位置開有傳感頭尾纖出口，兩個出口的連線與管狀容器的軸線相交且與軸線成夾角θ且θ＜90°；管狀容器內填充有填充液；傳感頭的中點設置在填充液的液面處；傳感頭的尾纖一端與光纖布拉格光柵連接，另一端通過環(huán)路器分別與寬帶光源和光功率計連接；管狀容器、填充液、傳感頭、解調器構成傾斜角度傳感器。本實用新型具有成本低廉，靈敏度高，低溫度敏感性的優(yōu)點。
【專利說明】基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感【技術領域】，具體涉及基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器。
【背景技術】
[0002]近年來，傾斜角測量已廣泛應用于大型土木建筑工程、電力工程、石化工業(yè)等領域，成為生產生活中不可或缺的一部分。隨著科學技術的發(fā)展，人們對傾斜角測量技術的要求越來越高?，F有的基于力學單擺原理的傾斜角測量儀結構簡單，但測量精度和靈敏度很低，不能遠程監(jiān)測；基于電學量變化測量傾斜角度的傳感器雖然具有靈敏度較高的優(yōu)點，但易受電磁干擾，精度不高，結構復雜，不能分布式測量和遠程監(jiān)控，因此其適用范圍受到很大的限制；基于光纖傳感的傾斜角傳感器克服了以上很多缺點，其測量精度高，靈敏度高，抗電磁波及溫度干擾能力強，越來越多的受到人們的重視，但大多需要依賴昂貴的光譜分析儀才能實現角度測量功能，達到相應的精度。
[0003]光子晶體光纖在沿軸方向的大量空氣孔，具有獨特的光學性質，與普通光纖光柵相比，光子晶體光纖的諧振波長和幅值對外界環(huán)境的變化非常敏感，但對溫度變化不敏感。
[0004]在光纖【技術領域】，光纖布拉格光柵作為一種重要的光學設備。其具有體積小巧、性價比高和易于生產等優(yōu)點。光纖布拉格光柵也能夠用作光學傳感系統中的解調元件，通過測量在布拉格波長處折射光功率的變化來進行光學傳感。
[0005]本實用新型是將普通的布拉格光柵用做解調元件連接在光子晶體光纖干涉儀后，此干涉儀由一小段光子晶體光纖兩端塌陷熔接單模光纖構成，用來對傾斜角進行測量。其結構簡單，測量成本低，靈敏度高，低溫度敏感性，適于實際應用。

【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型目的就是針對現有的基于光纖傳感原理對傾斜角測量的儀器裝置中使用光譜分析儀，成本較高的問題，提出了一種結構簡單、成本低廉的基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器。
[0007]本實用新型為解決技術問題所采取的技術方案是:
[0008]基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)路器、由一段光子晶體光纖兩端塌陷熔接兩單模光纖構成的光纖干涉儀、管狀容器、填充液、光纖布拉格光柵、光功率計。
[0009]所述的由一個光子晶體光纖兩端塌陷熔接單模光纖組成的光纖干涉儀作為傳感頭，置于含有填充液的管狀容器中，其后連接光纖布拉格光柵做為解調器。所述的管狀容器為兩端密封的中空圓柱體結構，在管狀容器的側壁靠近底部和頂部的位置開有傳感頭尾纖出口，兩個出口的連線與管狀容器的軸線相交且與軸線成夾角Θ且θ〈90° ;管狀容器內填充有填充液；傳感頭的中點設置在填充液的液面處，尾纖穿過光纖出口，光纖出口密封設置；傳感頭的尾纖一端與光纖布拉格光柵連接，另一端通過環(huán)路器分別與寬帶光源和光功率計連接。
[0010]該實用新型具有的有益效果為:
[0011]1.當管狀容器的傾斜角改變時，傳感頭浸入填充液中的長度發(fā)生變化，引起整個傳感頭周圍折射率的變化，光子晶體光纖的干涉光譜發(fā)生位移，由光纖布拉格光柵反射光子晶體光纖在布拉格波長處干涉光譜的光能量會相應變化。光能量的變化通過光功率計進行測量，從而實現對傾斜角的傳感。由此，通過使用光功率計代替較昂貴的光譜分析儀減少了整個裝置的成本。
[0012]2.傳感頭處于自然拉直狀態(tài)，管狀容器為硬質結構，在裝置傾斜時，不會改變傳感頭的自然拉直狀態(tài)，以消除彎曲對測量的干擾。
[0013]3.由于在光纖布拉格光柵和光子晶體光纖干涉儀中間有個溫度補償，使得傾斜角傳感器有低溫度敏感性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0015]其中，1、寬帶光源；2、光纖環(huán)路器；3、光功率計；4、單模光纖；5、傳感頭；6、管狀容器；7、填充液；8、光纖布拉格光柵。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型進行描述。
[0017]如圖1所示，基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器，包括寬帶光源1、光纖環(huán)路器2、光功率計3、單模光纖4、傳感頭5、管狀容器6、填充液7、光纖布拉格光柵8。寬帶光源I與光纖環(huán)路器2第一個接口光連接，光纖環(huán)路器2第二個接口與光功率計3光連接，光纖環(huán)路器2第三個接口與單模光纖4光連接，單模光纖4與傳感頭5的前端塌陷熔接，傳感頭5的后端與光纖布拉格光柵8塌陷熔接；所述的傳感頭5是由一個光子晶體光纖兩端塌陷熔接單模光纖組成的光纖干涉儀；所述的管狀容器6為兩端密封的中空圓柱體結構，在管狀容器6的側壁靠近底部和頂部的位置開有傳感頭5尾纖出口，兩個出口的連線與管狀容器6的軸線相交且與軸線成夾角Θ且θ〈90° ;管狀容器6內填充有填充液7，填充液的折射率接近但小于傳感頭5包層的有效折射率；傳感頭5的中點設置在填充液7的液面處；傳感頭5的尾纖穿過光纖出口，光纖出口密封設置。
[0018]本實用新型的工作方式為:當管狀容器的傾斜角改變時，傳感頭浸入填充液中的長度發(fā)生變化，引起整個傳感頭周圍折射率的變化，光子晶體光纖的干涉光譜發(fā)生飄移，由光纖布拉格光柵反射回去的光子晶體光纖在布拉格波長處干涉光譜的光能量會相應變化。經光纖布拉格光柵反射回的光由光功率計測出其能量，選取特定波段，建立起傾斜角和能量的一一對應關系，根據對應關系，便可對本實用新型傾斜角測量裝置進行定標。
[0019]該裝置能夠實現對傾斜角的傳感及測量，關鍵技術在于:
[0020]1.一根較短的光子晶體光纖兩端與單模光纖塌陷熔接，使得光在兩個塌陷熔接區(qū)域產生模間干涉，其后連接的光纖布拉格光纖做解調設備，通過檢測反射的布拉格波長的光的能量，來反映光通過光子晶體光纖的光程差的變化，從而反映傾斜角的變化。其上述光子晶體的長度應足夠短，保證干涉光譜的周期較長，測量時選取光譜單調區(qū)間上的中間點位置，以增大測量范圍。
[0021]2.為使溶液表面水平，選取的管狀容器直徑要足夠大以消除液體表面張力帶來的液面彎曲。
[0022]3.選取填充液的折射率近似于傳感頭包層的有效折射率，有利于提高傳感器的靈敏度。
[0023]本實施例中，所用的寬帶光源為SLED，波長1350nm到1680nm，管狀容器為直徑3cm，高4.5cm的圓柱體，兩個光纖出口的連線與管狀容器軸線的夾角Θ為48°，填充液為折射率1.38的NaCl溶液，制作傳感頭的光子晶體光纖(NKT photonics LMA-10)長度為
0.8cm，光纖布拉格光柵中心波長為1502.93nm，反射波長0.15nm。本實施例測量范圍為0°到45°，靈敏度為0.037dB/度，所用的光功率計分辨率為0.0OldB，所以本實施例的測量精度為0.027度。
【權利要求】
1.基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器，包括寬帶光源、光纖環(huán)路器、傳感頭、管狀容器、填充液、光纖布拉格光柵、光功率計，其特征在于:寬帶光源與光纖環(huán)路器第一個接口光連接，光纖環(huán)路器第二個接口與光功率計光連接，光纖環(huán)路器第三個接口與傳感頭的前端光連接，傳感頭的后端與光纖布拉格光柵光連接；所述的傳感頭置于管狀容器中，其后連接光纖布拉格光柵；所述的管狀容器的側壁靠近底部和頂部位置開有光纖出口，兩個出口的連線與管狀容器的軸線相交且與軸線成夾角Θ且θ〈90° ;管狀容器內填充有填充液；所述的傳感頭的中點設置在填充液的液面處，尾纖穿過光纖出口，光纖出口密封設置。
2.如權利要求1所述的基于光纖布拉格光柵解調的光子晶體光纖傾斜角傳感器，其特征在于其傳感頭是由一段光子晶體光纖兩端塌陷熔接兩段單模光纖構成的光纖干涉儀，其后連接光纖布拉格光柵做為解調器。
【文檔編號】G01C9/00GK203719653SQ201420024630
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權日:2014年1月15日
【發(fā)明者】江海濤, 陳勇, 張曉彤, 趙春柳, 周盛華, 劉俊, 吳偉軍 申請人:中國計量學院