[实用新型]一种基于保偏光纤的曲率传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传感器，尤其涉及一种光纤曲率传感器。

背景技术

在机械制造上，曲率传感器具有重要作用。因为在机械结构中，存在大量传递弯矩的杆类和轴类零件，需要对其在弯矩载荷下的弯曲曲率进行侧量，以期对这些零件的强度、刚度、连续性、完整性和安全性进行校核和评价，这对于提高产品质量、减少浪费、避免事故尤其是灾难性事故的发生，都具有十分重要的意义。目前，对比与其它测曲率的方法，弯曲光纤传感器具有闭合的光路，可应用于很脏的环境，本身成本低，精度高的优点。

随着光纤传感技术的发展，测量曲率的光纤传感器有很多方法可以利用，例如利用光纤光栅传感器对弯曲的曲率进行测量；利用光子晶体光纤特殊熔接的方法制作测量弯曲曲率的传感器；利用光纤拉锥的方法测量弯曲的曲率，但这些传感器都有缺点。光纤光栅弯曲传感器需要大功率激光器刻写光栅结构，制造比较复杂；光子晶体光纤传感器在熔接光纤时比较困难，并且成本较高；拉锥方法制作的曲率传感器容易折断。因此，这些传感器在实际运用中受到限制。

发明内容

针对传统曲率传感器制造复杂，结构易损坏等缺点，本发明的目的在于提供一种基于保偏光纤的曲率传感器，该传感器具有制造简单，结构稳固，精度高等优点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种基于保偏光纤的曲率传感器，包括宽带光源、单模光纤、保偏光纤、光纤光栅和光谱仪，宽带光源的输出端与单模光纤的左端连接，单模光纤的右端与保偏光纤的左端进行腰椎放大熔接，保偏光纤的右端与光纤光栅的左端进行腰椎放大熔接，光纤光栅的右端与光谱仪连接。

所述的腰椎放大熔接，其熔接的参数为：自动熔接模式，放电时间2000ms，放电强度标准，熔接的重叠量为150μm；光纤熔接之后，其腰椎直径为150-170μm，腰椎长度为200-300μm。所述的保偏光纤型号为熊猫型PM1550，模场直径为9.8μm，长度为10-40mm。

所述的光纤光栅为布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅，其栅区长度为10mm-30mm，具有温度传感作用，用于补偿温度变化对曲率测量的影响。

所述的宽带光源波长范围为1500nm-1600nm。

所述的光谱仪检测输出的透射光谱，其最大的分辨率为10pm。

本发明所的有益效果为：

1.利用保持线偏振方向不变的保偏光纤，提高相干信噪比，以实现对曲率的高精度测量；

2.利用腰椎放大的模式干涉结构，不仅制造方便，而且提高了装置的稳固性，不易造成物理损坏；

3.采用光谱仪检测峰值波长移动，使得测量方法简单方便，快捷，提高传感器的实用性。

附图说明

下面结合附图及其具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明的实验测量装置图；

图2为本发明的保偏光纤熔接示意图；

图3为利用本发明进行测量的结果图；

1为宽带光源；2为单模光纤；3为保偏光纤；4为光纤光栅；5为光谱仪。

具体实施方法

图1中，一种基于保偏光纤的曲率传感器，包括宽带光源1、单模光纤2、保偏光纤3、光纤光栅4和光谱仪5。宽带光源1的输出端与单模光纤2的左端连接，单模光纤2的右端与保偏光纤3左端进行腰椎放大熔接，保偏光纤的右端与光纤光栅4的左端进行腰椎放大熔接，光纤光栅4的右端与光谱仪5连接。

其工作方式为：宽带光源1发出的光波在输入单模光纤2中以基模的形式传播，绝大部分光能量束缚在纤芯内。光波经过单模光纤2传输到第一个腰椎放大的点，也就是单模光纤2与保偏光纤3的熔接点，由于腰椎放大使芯径的不匹配，部分光注入保偏光纤3的包层，从而激发高阶包层模在包层中传输，另一部分光耦合进保偏光纤3的纤芯，以基模的形式在纤芯内传播。两部分光经中间的保偏光纤3传输，在第二个腰椎放大点处产生干涉，耦合进输出的光纤光栅4，通过光谱仪5就会在光谱图上显示出透射光谱的干涉图样。该装置正是通过监测透射光谱波长的漂移量来测量光纤的曲率。

图2所示的为本发明的保偏光纤熔接示意图，其制作方法为：通过商业熔接机熔接，参数如下：自动熔接模式，放电时间为2000ms，放电强度为标准，熔接重叠量150μm。在电弧放电以后，由于大的重叠量和推力作用使软化和挤到一起的光纤直径逐渐扩大，形成腰椎放大点。其中腰椎直径为150-170μm，长度为200-300μm。传感器结构中，熔接的保偏光纤型号为熊猫型PM1550，其模场直径为9.8μm，长度为10-40mm。

图3所示的为利用本发明进行测量的结果图。当传感器受到的弯曲曲率从0.65m^-1增大到2.45m^-1，干涉光谱的波峰移动了16.1nm，灵敏度系数为9nm/m^-1，相对应的曲率分辨率为1.11×10^-3m^-1。