一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的製造方法
2023-07-14 11:11:51 1
一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的製造方法
【專利摘要】一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，由入射端單模光纖、球狀光纖和布拉格光柵串聯組成，球狀光纖的直徑為160-180μm，球狀光纖與布拉格光柵的距離＜2cm。本發明的優點和有益效果是：1）通過球形結構和布拉格光柵級聯的微位移傳感器對微位移進行測量，避免了傳統光柵傳感器需要的腐蝕、研磨等處理，降低了製作難度與成本；2）通過測量光柵後向包層模式反射峰的功率，有效的提高了微位移測量的靈敏度，避免傳感器受到溫度的影響，提高了穩定性；3）該微位移傳感器設計緊湊、便於使用、成本低。
【專利說明】一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器
【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感領域，特別是一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著光纖通信相關領域的發展，光纖傳感技術有了很大的進步。其中微位移傳感器在工業生產、環境安全、臨床檢測等方面有著廣泛的應用。微位移作為反應物體狀態的重要參數，在生產實踐中佔有重要地位。目前已知的微位移的方法有很多，由於光纖傳感器具有體積小、成本低、抗電磁幹擾、靈敏度高抗腐蝕等諸多優點，光纖微位移傳感器在應用領域引起人們的廣泛興趣。
[0003]對於常規的光纖光柵傳感器，光能量集中於光纖纖芯，反射波峰的功率對外界微位移的響應不夠靈敏。對於由兩個分光結構組成的線性馬赫增德爾幹涉儀，其帶寬較大，探測靈敏度和光柵傳感器相比有很大差距。一般使用腐蝕或者特殊的分光結構，將纖芯中光激發到包層中去。然而腐蝕後的幾何尺寸不規則，製作複雜，重複性差。特殊的分光結構如偏芯結構、拉錐結構、雷射刻蝕等的機械強度難以保證，易折斷。微位移傳感器一般易受到溫度的影響，出現交叉敏感的現象，這也制約著微位移傳感器的精度。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對上述存在問題，提出一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，該微位移傳感器不受溫度幹擾，結構簡單且容易製作，成本低，有利於推廣應用。
[0005]本發明的技術方案:
一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，由入射端單模光纖、球狀光纖和布拉格光柵串聯組成,球狀光纖的直徑為160-180 μ m,球狀光纖與布拉格光柵的距離< 2cm。
[0006]—種所述基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的製備方法，步驟如下:
1)在距布拉格光柵的柵區2cm以內的位置，剝下光纖塗覆層，用酒精擦拭清潔；
2)將去掉塗覆層帶有柵區的光纖放到光纖熔接機中，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面越過電極棒180 μ m，放電量為160-200bit，時間為1350ms，放電後製得光纖球；
3)將單模光纖去掉塗覆層，端面切屑整齊，與光纖球分別放入熔接機兩端，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面與光纖球的距離為15 μ m,放電量為65_85bit,時間為1750ms，推進量為25 μ m，放電後光纖球與單模光纖完成連接，即可製得所述微位移傳感器。
[0007]本發明的工作機理:
光從入射端單模光纖進入球狀光纖，受球狀光纖的影響，纖芯中的光被激發到包層，成為前向的纖芯模式和前向的包層模式。這兩種光到達布拉格光柵時，滿足布拉格條件的波長發生反射，其中前向的纖芯模式反射為後向的纖芯模式，前向包層模式反射為後向的包層模式。這兩種後向模式的光到達球狀光纖時耦合到纖芯，可通過光譜儀測量結果。
[0008]本發明的優點和有益效果是:
1)通過球形結構和布拉格光柵級聯的傳感器對微位移進行測量，避免了傳統光柵傳感器需要的腐蝕、研磨等處理，降低了製作難度與成本；
2)通過測量光柵後向包層模式反射峰的功率，有效的提高了微位移測量的靈敏度，避免傳感器受到溫度的影響，提高了穩定性；
3)傳感器設計緊湊、便於使用、成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為該微位移傳感器結構示意圖。
[0010]圖中:1.入射端單模光纖 2.球狀光纖 3.布拉格光柵的柵區
圖2為該微位移傳感器的反射譜圖，圖中:(a)為後向的包層模式所代表的反射波長入?，(b)為後向的 纖芯模式所代表的反射波長入。_。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0012]實施例:
一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，如圖1所不，由入射端單模光纖1、球狀光纖2和布拉格光柵3串聯組成,球狀光纖2的直徑為160-180 μ m,球狀光纖2與布拉格光柵3的距離< 2cm。
[0013]光從入射端單模光纖進入球狀光纖，受球狀光纖的影響，纖芯中的光被激發到包層，成為前向的纖芯模式和前向的包層模式。這兩種光到達布拉格光柵時，滿足布拉格條件的波長發生反射，其中前向的纖芯模式反射為後向的纖芯模式，前向包層模式反射為後向的包層模式。這兩種後向模式的光到達球狀光纖時耦合到纖芯，通過光譜儀測量結果。
[0014]一種所述基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的製備方法，步驟如下:
1)在距布拉格光柵的柵區1.5cm的位置，剝下光纖塗覆層，用酒精擦拭清潔；
2)將去掉塗覆層帶有柵區的光纖放到光纖熔接機中，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面越過電極棒180 μ m，放電量為160-200bit，時間為1350ms，放電後製得光纖球；
3)將單模光纖去掉塗覆層，端面切屑整齊，與光纖球分別放入熔接機兩端，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面與光纖球的距離為15 μ m,放電量為65_85bit,時間為1750ms，推進量為25 μ m，放電後光纖球與單模光纖完成連接，即可製得所述微位移傳感器。
[0015]圖2為該微位移傳感器的反射譜圖，圖中:(a)為後向的包層模式所代表的反射波長λη，(b)為後向的纖芯模式所代表的反射波長λ
從光譜儀來看，會出現後向的纖芯模式和後向的包層模式這兩種性質的反射峰入。_和(η=1，2，3...)。兩種峰的功率不隨溫度改變發生變化，後向的包層模式A11的功率對微位移敏感，後向纖芯模式λ的功率對微位移不敏感。分析後向的包層模式λη的功率，即可計算出當前的微位移，同時避免了溫度的幹擾。
【權利要求】
1.一種基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器，其特徵在於:由入射端單模光纖、球狀光纖和布拉格光柵串聯組成,球狀光纖的直徑為160-180 μ m,球狀光纖與布拉格光柵的距離< 2cm。
2.—種如權利要求1所述基於球狀光纖和布拉格光柵級聯的微位移傳感器的製備方法，其特徵在於步驟如下: 1)在距布拉格光柵的柵區2cm以內的位置，剝下光纖塗覆層，用酒精擦拭清潔； 2)將去掉塗覆層帶有柵區的光纖放到光纖熔接機中，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面越過電極棒180 μ m，放電量為160-200bit，時間為1350ms，放電後製得光纖球； 3)將單模光纖去掉塗覆層，端面切屑整齊，與光纖球分別放入熔接機兩端，使用手動操作方式，控制步進電機將光纖端面與光纖球的距離為15 μ m,放電量為65_85bit,時間為1750ms，推進量為25 μ m，放電後光纖球與單模光纖完成連接，即可製得所述微位移傳感器。
【文檔編號】G01B11/02GK103940349SQ201410212879
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】童崢嶸, 袁碩, 張衛華, 曹曄 申請人:天津理工大學