[发明专利]基于方形波导的扭转测试系统

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于方形波导的扭转测试系统。

背景技术

扭转角度和扭转方向是大型土木工程中建筑结构健康监测和许多传感应用领域关注的一个重要不可缺少的参量。传统扭转传感器，有基于机械式、电磁式和体光栅式等多种结构。机械式传感结构和体光栅式传感结构受到机械加工精度要求、材料与器件特性的非线性制约。而电磁式传感结构易受外界的电磁场干扰，并且它们因尺寸较大不易于埋入结构中限制了其应用范围。

光纤传感技术以光纤为物理媒质、以光波为信息载体，具有结构小巧、灵敏度高、抗电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀、以及便于远距离遥测等优点，因而得到越来越广泛的研究和应用。光纤传感技术非常适合于应用在一些传统传感器受到限制的领域。光纤传感器按照其传感机理可以分为强度调制型、干涉型、光纤光栅型、光纤激光型等。

光纤扭转传感器因结构紧凑、易于埋入工程结构中、灵敏度高、易复用等优点，在扭转量传感方面也具有广泛的应用前景。基于普通光纤布拉格光纤光栅或长周期光栅等的光纤扭转传感器是目前应用较多的，但是，这些光纤扭转传感器普遍存在扭转灵敏度低、机械强度弱、扭转测量角度范围小等问题，而且对于长周期光栅和布拉格光栅，外界温度的变化会对结果带来很大的影响。对于基于双模高双折射光子晶体光纤的光纤扭转传感器，结构复杂且光子晶体光纤价格昂贵。这些装置在实际应用中受到限制，不能被广泛的应用到生产和研究中。所以急需在材料和结构上进行创新，研制出工艺简单、生产成本低并且灵敏度高的光纤扭转测试系统是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种结构紧凑、可以免于温度变化的影响，能够提高系统的稳定性、制作方便、成本低的基于方形波导的扭转测试系统。

本发明的技术方案：

基于方形波导的扭转测试系统，包括宽带光源、单模光纤、扭转传感探头和光谱分析仪；所述的宽带光源通过单模光纤与扭转传感探头连接，扭转传感探头另一端通过单模光纤连接到光谱分析仪上；扭转传感探头光纤一端的单模光纤固定于光纤夹持器，另一端的单模光纤固定在光纤扭转器上；

所述的扭转传感探头是由将方形光纤的两端与单模光纤熔接构成；

所述的方形光纤长度为1.5-2.5cm。

所述光纤扭转器与扭转传感探头固定的一端为扭转端，调节光纤扭转器，转动角度就可在圆周内自由选择。

本发明制作的基于方形波导的扭转测试系统的工作原理：

当光从单模光纤进入方形光纤中，光会在方形光纤中诱导出多个模式，并且这些模式在沿着方形光纤传播中会发生干涉。当光纤发生扭转时，沿着光纤会出现很多个扭转应力区域，这样会导致周期性的折射率调制，最终影响到波长的变化和干涉强度的变化。

当光从单模光纤进入方形光纤中，光会在方形光纤中诱导出多个模式，比如和在方形光纤的任何处的电场分布为：