[发明专利]强度调制型光纤迈克尔逊应变传感器及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于应变检测技术领域，尤其涉及强度调制型光纤迈克尔逊应变传感器及制作方法。

背景技术

在实际工程应用中，实现桥梁、飞机、大坝、大楼等智能工程结构的实时健康监测对于确保这些结构的安全可靠运行具有至关重要的意义。光纤传感器由于其结构紧凑、低耗能、高灵敏度、抗电磁干扰等方面的优点，已经被广泛应用于智能工程结构的实时健康监测。

目前，有多种基于光纤马赫曾德（M-Z）结构的光纤传感器已经被报道，其中有代表性的M-Z结构有单模-多模-单模（SMS）结构、模场失配熔接结构、飞秒激光微加工结构、基于长周期光栅结构及光子晶体光纤的结构。基于这些M-Z结构的光纤传感器通常对温度、应变、弯曲、折射率有很高的灵敏度，但是这些类型的传感器通常有一个缺点，即大多数的M-Z干涉传感器都是波长调制型的光纤传感器，必须利用干涉峰的波长漂移来传感被测量，然而实际工程应用中，利用波长解调的方案是非常昂贵的，所以解决波长调制型应变传感器在大范围应用时带来的成本问题对于光纤传感器的普及与实用化至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种强度调制型光纤迈克尔逊应变传感器及制作方法，旨在解决常规波长调制型应变传感器波长解调成本高，难于大范围应用的问题。此外，本发明中的强度调制型光纤应变传感器的灵敏度相对于目前已报道的同类传感器提高了一个数量级。

本发明是这样实现的，一种强度调制型的光纤迈克尔逊应变传感器，包括第一单模光纤、细芯光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤的一端与所述细芯光纤的一端错位地熔接在一起，所述细芯光纤的另一端与所述第二单模光纤的一端无错位地熔接在一起。

本发明还提供一种强度调制型的光纤迈克尔逊应变传感器装置，包括宽带光源、应变传感器、光纤和检测单元；

所述应变传感器包括第一单模光纤、细芯光纤和第二单模光纤，所述第一单模光纤的一端与所述细芯光纤的一端错位地熔接在一起，所述细芯光纤的另一端与所述第二单模光纤的一端无错位地熔接在一起；

所述宽带光源通过光纤与所述第一单模光纤相连，用于向所述应变传感器发出光信号；

所述应变传感器通过固定装置固定在被测物体上，用于感应被测物体的轴向形变情况；

所述检测单元通过光纤与所述第二单模光纤相连，用于实时检测经所述应变传感器输出的光谱干涉强度变化。

进一步地，所述光纤包括第三单模光纤和第四单模光纤，所述第三单模光纤的一端与所述宽带光源相连，所述第三单模光纤的另一端与所述第一单模光纤的另一端相连；所述第四单模光纤的一端与所述第二单模光纤的另一端相连，所述第四单模光纤的另一端与所述检测单元相连。

进一步地，所述固定装置为两个分别将所述第三单模光纤和所述第四单模光纤固定在被测物体上的光纤夹具。

进一步地，所述检测单元为光谱仪或光功率计。

本发明还提供一种强度调制型的光纤迈克尔逊应变传感器的制作方法，包括第一单模光纤、细芯光纤和第二单模光纤，该制作方法包括以下步骤：

步骤1：将所述细芯光纤的一端和所述第二单模光纤的一端以包层轴向对齐的方式无错位地熔接在一起；

步骤2：所述第一单模光纤的一端连接宽带光源，所述第二单模光纤的另一端连接检测单元，将所述第一单模光纤的另一端与所述细芯光纤的另一端分别在熔接机中固定，实时观察检测单元中输出光谱干涉强度的变化；

步骤3：调整固定在熔接机中的细芯光纤和第一单模光纤的端面的位置，使得在检测单元中输出谱线的干涉对比度达到最大时，停止调整并加大熔接时的重叠量，并放电将细芯光纤和第一单模光纤端面熔接在一起。

进一步地，所述检测单元为光谱仪或光功率计。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：所述的光纤迈克尔逊应变传感器和光纤迈克尔逊应变传感器装置采用强度调制与解调，大大降低了在波长解调时必要的成本，为实际工程中的大范围应用提供了便利条件，而且同时保证了较高的应变传感灵敏度。

附图说明

图1是本发明强度调制型的光纤迈克尔逊应变传感装置的系统示意图；

图2是本发明应变传感装置中应变传感器的结构图；

图3a是应变传感器在制作过程中调整两光纤端面位置使输出谱线的干涉对比度达到最大时的光谱图；

图3b是应变传感器在制作时把两光纤端面熔接后，但还未取出熔接机（存在一定的应力）时的输出光谱图；

图4是光纤熔接后制作出的一个实例传感器的显微照片；