[发明专利]具有π相移布拉格光栅的光学传感器和使用其的光学感测系统

说明书

光学传感器总体上具有框架和感测光纤，框架具有安装到该框架的可变形构件，感测光纤固定地附接到可变形构件的一部分，该感测光纤具有刻在其上的至少一个π相移光纤布拉格光栅，当框架受到力时，感测光纤的至少一个π相移光纤布拉格光栅与可变形构件一起变形。

技术领域

本改进总体上涉及光学计量传感器，并且更特别地是涉及结合至少一根光纤的光学计量传感器。

背景技术

电应变传感器(例如电阻箔传感器和基于压电的传感器)已经被使用。然而，现有的电应变传感器通常对电磁辐射和/或电离辐射敏感。它们还具有有限的传输距离并且本质上不安全。通过使用具有嵌入在光纤内的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)的光学应变传感器来测量应变和/或温度，可以克服这些缺点中的至少一些。

FBG已经在电信行业被广泛地使用。实际上，FBG可以作为波长可选择镜使用，其中一些波长的光被反射，而一些其它波长的光被允许通过。一种FBG制造技术涉及到将紫外线(UV)光束照射到光纤芯上以在芯内在其一小段长度上刻写周期性图案。周期性图案包括光纤芯的折射率的变化，其可以充当用于至少一些波长(通常被称为布拉格波长λB)的反射界面。FBG的布拉格波长λB随被刻在光纤芯中的周期性图案的变化而改变。因此，改变折射率的两个连续变化之间的间隔距离(即，间距)相应地改变布拉格波长λB。

虽然FBG在电信行业中可用于管理不同的波长，但FBG还可用于应变感测应用。实际上，向具有刻写在其芯中的FBG的光纤施加应变将修改光纤的长度，这将进而改变光纤的FBG的布拉格波长λB的间距。可以监测这一改变，使得能够光学地执行应变测量。

通过使用光学应变传感器执行应变测量，与常规的电应变传感器相比，至少可以实现一些益处。例如，测量不再对电磁干扰敏感，从而允许这些光学应变传感器被定位在高度电磁干扰发射装置(例如发电机和/或变压器)的附近。此外，当FBG被制造在辐射硬化光纤中时，监测高电离辐射区域中的温度和/或应变成为可能。光学应变传感器在测量点也不需要电能，因此可以使其本质上安全，使得能够在危险的环境中执行测量而不引起火花风险。而且，还可以制造热稳定的FBG，使得能够在例如超过1000摄氏度的温度下进行应变测量。

虽然已经发现现有的光学应变传感器在一定程度上令人满意，但仍然有改进的空间，例如，为光学应变传感器提供更高的分辨率。

发明内容

根据一个方面，提供了光学传感器，包括框架和感测光纤，框架具有安装到该框架的可变形构件，感测光纤固定地附接到可变形构件的一部分，该感测光纤具有刻在其上的至少一个π相移光纤布拉格光栅，当框架受到力时，感测光纤的至少一个π相移光纤布拉格光栅与可变形构件一起变形。

根据一个方面，提供了光学感测系统，包括：光学传感器；框架和感测光纤，框架具有安装到该框架的可变形构件，感测光纤固定地附接到可变形构件的一部分，该感测光纤具有刻在其上的至少一个π相移光纤布拉格光栅，当框架受到力时，感测光纤的至少一个π相移光纤布拉格光栅与可变形构件一起变形；以及信号调节器，该信号调节器光耦合到感测光纤，信号调节器适合并且配置为测量π相移光纤布拉格光栅的布拉格波长偏移ΔλB，并且生成表示布拉格波长偏移ΔλB的信号；以及计算机，该计算机通信耦合到信号调节器并且配置为基于布拉格波长偏移ΔλB和光学传感器的已知特性来感测感兴趣的被测物理量。

在阅读本公开之后，本领域技术人员将会想到关于本改进的许多进一步的特征及其组合。

附图说明

在图中，

图1是结合光学传感器和信号调节器的光学感测系统的示意性原理图；

图2是示出了π相移光纤布拉格光栅的滤波器函数的示例的曲线图；

图3是用于负载感测应用的光学传感器的示例的斜视图，其中沿着可变形构件设置感测光纤；