[实用新型]一种基于PCF-LPG的二维倾斜角度传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光子晶体光纤长周期光栅(long-period grating written in a photonic crystal fiber，PCF-LPG)的二维倾斜角度传感器。 

背景技术

近年来，倾斜角测量已成为生产生活中不可或缺的一部分，如应用于电力工程、土木建筑工程、石化工业等安全健康监控领域，随着科技的进步，人们对倾斜角测量技术的要求越来越高。基于电容变化测量倾斜角度的传感器虽然具有灵敏度较高的优点，但易受电磁干扰，精度不高，结构复杂，不能分布式测量和远程监控，因此其适用范围受到很大的限制。 

光纤光栅是一种在光纤通信、光纤传感及光信息处理领域有着广泛应用前景的无源光纤器件。基于光纤光栅的传感器具有抗电磁干扰、集传感与传输于一体、构造简单等优点，能够实现高精度的测量。近年来，有人提出了基于布拉格光纤光栅的倾斜角度传感器，如利用悬挂重物的方法将角度变化产生的力直接作用于数个光纤光栅上，通过测量不同光纤光栅的波长漂移量，即可得到倾斜的角度和方向。但是该传感器结构复杂，体积较大，测量范围较小，不适宜推广应用。长周期光纤光栅(long-period fiber grating，LPG)是一种透射型光纤器件。与普通光纤光栅相比，LPG的谐振波长和幅值对外界环境的变化 非常敏感。光子晶体光纤(photonic crystal fiber，PCF)是一种具有许多优良光学特性的新型光纤，如温度不敏感性。利用具有温度不敏感特性的光子晶体光纤制作的LPG具有对液位变化敏感的特性和良好温度稳定性的优点，基于这一特性我们设计了基于PCF-LPG的一维倾斜角传感器(申请号：201020695730.5)，然而，由于只能实现一维检测，应用范围受到限制。本实用新型利用两根PCF-LPG实现二维倾斜角度传感，结构简单、灵敏度高、温度稳定性好。 

发明内容

本实用新型目的就是为了克服现有技术中普通光纤光栅倾斜角度传感器结构复杂的问题，提供了一种与普通光纤光栅测量机理完全不同、结构简单的PCF-LPG二维倾斜角度传感器。 

本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案： 

基于PCF-LPG的二维倾斜角度传感器包括宽带光源、一对PCF-LPG、蔗糖溶液、有机玻璃管、光谱分析仪。 

一对PCF-LPG是在同一根PCF上制作而成。将串联的PCF-LPG斜插入有机玻璃管，分别与有机玻璃管的轴线相交，两个交点重合且交点是光栅的中点；两根PCF-LPG与轴线的夹角都为θ(θ＜90°)，且与轴线所在的两个平面互相垂直。用胶水密封有机玻璃管管壁上穿过PCF-LPG的小孔，同时用胶水固定PCF-LPG，以使PCF-LPG处于自然拉直状态。密封有机玻璃管的一端，从另一端注入蔗糖溶液，使二分之一的PCF-LPG浸没在蔗糖溶液中而其余部分PCF-LPG暴露在空气中。PCF-LPG对的一端与宽带光源光连接，PCF-LPG对的另一端与光谱分析仪光连接。有机玻璃管、蔗糖溶液、PCF-LPG对构成二维倾斜角度传感器。本实用新型所具有的有益效果为： 

1、传感元PCF-LPG对液位变化十分敏感，当因装置倾斜引起浸入蔗糖溶液中的两根PCF-LPG栅区长度发生不同的变化时，PCF-LPG的谐振波长发生不同的漂移量，通过监测两根PCF-LPG波长漂移量即可解调出倾斜角改变量。 

2、PCF-LPG是一种温度不敏感器件，可以有效消除温度对传感器的干扰。 

3、传感元PCF-LPG处于自然拉直状态，有机玻璃管为硬质结构，在装置倾斜时，不会改变PCF-LPG的自然拉直状态，以消除弯曲对测量的干扰。 

4、由于本实用新型的传感机理并不需要光纤光栅悬挂重物和悬挂光纤光栅，所以整个传感器尺寸较小，结构简单，仅由有机玻璃管、PCF-LPG、蔗糖溶液构成。 

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。