[实用新型]一种基于强度检测的HiBi-PCF-FLM应力传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种应力传感器，尤其涉及一种基于强度检测的高双折射光子晶体光纤环镜(highly birefringent photonic crystalfiber loop mirror，HiBi-PCF-FLM)的温度不敏感应力传感器。

背景技术

在光纤通信与传感系统中，光纤环镜(fiber loop mirror，FLM)是一个应用十分广泛的器件。目前，FLM已被大量应用于波分复用滤波器和传感器中。在FLM中，两个反向传输的光波通过同一根光纤后发生干涉，由于经过的环境完全相同，因此可以有效消除外界干扰。然而，温度对FLM的干扰无法消除，因此影响了此类器件的应用。

光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)是一种新型光纤且具备优良的光学特性，在其包层中分布着周期性排列、沿光纤轴向伸展的空气孔，可以通过灵活改变空气孔的大小、形状、位置分布来设计出具有各种特殊性质的PCF。由于高双折射的光子晶体光纤(highly birefringent photonic crystal fiber，HiBi-PCF)只由一种物质构成，所以HiBi-PCF对温度不敏感。利用HiBi-PCF对温度的不敏感性，已实现了多种基于HiBi-PCF-FLM的传感器。但是，目前的技术都是通过使用宽带光源和昂贵的光谱仪检测谐振波峰(谷)的波长变化来实现对应力等待测量的传感。宽带光源和昂贵的光谱仪的使用大大增加了传感器成本，限制了应力传感器的广泛应用。

在上述的研究中，现有技术无法解决应力传感器成本昂贵、装置复杂等问题，大大降低应力传感器的实用价值。

发明内容

本实用新型针对现有应力传感器成本昂贵，装置复杂等不足，提供了一种基于强度检测的HiBi-PCF-FLM温度不敏感应力传感器。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于强度检测的HiBi-PCF-FLM应力传感器包括DFB激光器、3-dB耦合器、偏振控制器、HiBi-PCF和光功率计。

3-dB耦合器一边的两个端口分别与DFB激光器以及光功率计光纤连接，3-dB耦合器另一边的两个端口分别与偏振控制器的一端以及HiBi-PCF的一端光纤连接，偏振控制器的另一端与HiBi-PCF的另一端光纤连接。3-dB耦合器、偏振控制器和HiBi-PCF构成FLM。

本实用新型所具有的优点为：DFB激光器及光功率计的使用，取代了价格昂贵的宽带光源及光谱仪，使得本实用新型的成本大大降低，可操作性大大提高；利用HiBi-PCF对温度的不敏感性和FLM的抗干扰性，使得本实用新型对温度不敏感，抗外界干扰。本实用新型结构简单，成本低，抗外界干扰，大大增强了应力传感器的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。

如图1所示，一种基于强度检测的HiBi-PCF-FLM应力传感器包括DFB激光器1、3-dB耦合器2、偏振控制器3、HiBi-PCF 4和光功率计6。

3-dB耦合器2一边的两个端口分别与DFB激光器1以及光功率计6光纤连接，3-dB耦合器2另一边的两个端口分别与偏振控制器3的一端以及HiBi-PCF 4的一端光纤连接，偏振控制器3的另一端与HiBi-PCF 4的另一端光纤连接。3-dB耦合器2、偏振控制器3和HiBi-PCF 4构成FLM 5。

本实用新型基于以下原理：入射光为宽带光时，由3-dB耦合器分为两个反向传输的光信号分别从HiBi-PCF两端入射，其中由偏振控制器控制光信号偏振态。两束光经过HiBi-PCF后产生相位延迟δ，当它们重新入射3-dB耦合器时发生相干，在FLM透射谱上表现为梳状滤波的特性。当有轴向应力作用于HiBi-PCF传感头时，应力作用引起的弹光效应和HiBi-PCF的长度变化，改变了两束光的相位延迟δ，从而引起FLM谐振波谷的移动。DFB激光为一个窄带光，当以DFB激光作为入射光时，FLM谐振波谷的移动可通过检测DFB激光波长的光强度变化来反映。

本实用新型的具体工作过程为：以DFB激光作为入射光，作用于HiBi-PCF传感头的应力变化引起经过FLM谐振波谷的移动，从而DFB激光波长的光强度大小发生变化，使用光功率计监测光强大小实现对应力变化的检测。当入射波长为1547nm，作用于HiBi-PCF传感头应力从0到5770με变化时，输出光强大小与应力大小可拟合为一个二次函数：