[实用新型]使用级联长周期光栅作为边缘滤波器的FBG加速度传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种使用级联长周期光栅作为边缘滤波器的布拉格光纤光栅(FBG)加速度传感器。

背景技术

光纤传感器与传统的传感器相比，光纤传感器具有独特的优点：灵敏度高、重量轻、体积小、可挠曲、抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全。由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，并且安全可靠，这使它可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。

光纤光栅加速度传感器具有测量精度高、测量范围宽、不受电磁干扰、耐腐蚀、抗冲击振动、抗疲劳、使用寿命长等优点。可用于岩土工程的变形、位置相对移动的测量，也可用于病害工程的裂缝监测。

鉴于光纤光栅加速度传感器的如上优势，光纤光栅加速度传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。目前已经在此方面积极展开研究。

以前已经有人报道了一种光纤光栅加速度传感器，是采用将光纤光栅黏贴在悬臂梁表面的方法。当悬臂梁发生振动时，其表面会有周期性的压拉应变，光纤光栅通过检测悬臂梁表面的应变来实现振动的测量。这种技术为了使加速度和传感器的输出保持线性关系，悬臂梁的挠度不能过大，从而限制了传感器的灵敏度。

因此，如何提高光纤光栅加速度传感器的灵敏度，就是光纤光栅加速度传感器大规模应用必须解决的重要技术问题。

在实际工程应用中，使用光纤光栅加速度传感器进行测量时，需要使用光谱仪进行测量，但是总所周知光谱仪价格昂贵而且体积巨大，在实际应用中不利于实现。要做到合理准确又有效实际的测量加速度，最好是通过对传感器进行强度解调来实现。

因此，如何实现传感器的实用性也是光纤光栅加速度传感器的一个重要的技术问题。

发明内容

本实用新型目的就是为了克服现有技术中加速度传感器灵敏度不高和传感器装置价格昂贵的问题，提供了一种使用级联长周期光栅作为边缘滤波器的FBG加速度传感器。

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案：

一种使用级联长周期光栅作为边缘滤波器的FBG加速度传感器，包括宽带光源、光纤布拉格光栅(FBG)、3dB耦合器、级联长周期光栅对(LPGP)、光功率计(OPM)。

3dB耦合器一边的端口与FBG的一端光连接，3dB耦合器另一边的两个端口分别与宽带光源一端光连接、一对级联长周期光栅一端光连接；级联长周期光栅的另一端与光功率计光连接。

本实用新型的目的在于提供一种适用于实际应用，具有较宽工作范围，并且能减少仪器非线性因素影响的高灵敏度强度解调型光纤光栅加速度传感器。本实用新型所具有的有益效果为：以粘贴在悬臂梁上的FBG作传感头，大大提高了传感器的灵敏度，抗干扰。采用LPGP形成的干涉条纹的任意一个边沿的线性区作为滤波器对FBG传感器进行强度解调，使光功率计就可监测FBG传感器加速度变化成为可能，这样既降低了传感装置的成本，又可把整个传感装置封装在一起。

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，一种使用级联长周期光栅作为边缘滤波器的FBG加速度传感器，包括宽带光源1、3dB耦合器2、等腰三角形悬臂梁3、光纤布拉格光栅(FBG)4、质量块5、级联长周期光栅对(LPGP)6、光功率计7。宽带光源1经3dB耦合器2，其一端口连接光纤布拉格光栅(FBG)4，光纤布拉格光栅(FBG)4粘贴在等腰三角形悬臂梁3上，等腰三角形悬臂梁3右端连接质量块5，本实用新型中质量块5的质量要远大于悬臂梁的质量，用于减少光纤光栅加速度传感器的非线性效应。3dB耦合器2的另一个端口连接级联长周期光栅对(LPGP)6，经连接级联长周期光栅对连接到光功率计7。

本实用新型装置的工作方式为：宽带光源的发出的光经带通滤光片入射到FBG传感器，经过FBG的反射光经耦合器后再入射LPGP，LPGP的透射光入射到光功率计，功率计在LPGP的出射端监测功率变化，该装置正是通过监测功率变化来反映FBG传感器受加速度的变化。

该装置能够实现测量加速度的关键技术为：FBG的中心波长变化范围必须在LPGP的干涉峰的任意一个臂的边沿线性区；LPGP的线性区把FBG波长变化转化为功率变化的工具。

本实施例中FBG的长度为1.5cm，波长为1550nm；使用的LPGP使用的两个LPG中心波长都为1545nm，干涉后的带宽范围15nm。