[发明专利]一种小体积二维矢量光纤倾角传感探头和传感装置

说明书

本发明公开了一种小体积二维矢量光纤倾角传感探头，第一传感结构包括的第一单模光纤、聚合物微空心柱和第一石英柱依次连接，第二单模光纤、聚合物微球和第二石英柱依次连接，两个单模光纤平行布置且一端与光纤耦合器连接，在聚合物微空心柱内形成第一法布里‑泊罗干涉腔，在聚合物微球内形成第二法布里‑泊罗干涉腔。通过上述优化设计的小体积二维矢量光纤倾角传感探头，当检测面倾斜时，石英柱的重力对聚合物微空心柱和聚合物微球的拉伸作用发生变化，由于相对于聚合物微球，聚合物微空心柱在两个方向上具有各向异性，进而通过倾角变化对法布里干涉腔的腔长进行调制，实现二维矢量光纤倾角探测；结构紧凑、使用灵活，基于聚合物材料，大大提高灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤传感探头技术领域，尤其涉及一种小体积二维矢量光纤倾角传感探头和传感装置。

背景技术

角度传感器在桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域具有重要的意义，已成为这些领域不可缺少的工具。常见的角度传感器可以分为电学传感器和光学传感器。电学传感器易于受到电磁干扰，信号易衰减，并且电学传感器的体积较大，结构较为复杂。光学传感器具有一些独有的优点，如抗电磁干扰、耐腐蚀，结构小巧等优点，目前已经在许多领域得到广泛的应用。

光学传感器主要为基于光纤光栅的传感器。当倾角发生变化时，普通的光纤光栅对光信号的调制非常微弱，角度灵敏度极低，很难实现对角度的解调。因此通常需要利用机械结构对光纤光栅结构进行增敏，以此来增加传感器对角度的响应。如专利200910097186.6，将三根光纤光栅固定在机械摆的三根摆臂上，通过将三根光纤光栅的波长信息进行解调实现二维倾角的传感。但是此类传感结构的体积通常较大，结构复杂并增加了制备难度。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种小体积二维矢量光纤倾角传感探头和传感装置。

本发明提出的一种小体积二维矢量光纤倾角传感探头，包括：第一传感结构、第二传感结构和光纤耦合器；

第一传感结构包括依次连接的第一单模光纤、聚合物微空心柱和第一石英柱，聚合物微空心柱垂直于第一单模光纤布置，第一石英柱与第一单模光纤同轴设置；

第二传感结构包括依次连接的第二单模光纤、聚合物微球和第二石英柱，聚合物微球的球心位于第二单模光纤的轴线上，第二石英柱与第二单模光纤同轴设置；

第一单模光纤和第二单模光纤平行布置，第一单模光纤远离聚合物微空心柱一端以及第二单模光纤远离聚合物微球一端均与光纤耦合器连接，在聚合物微空心柱内形成第一法布里-泊罗干涉腔，在聚合物微球内形成第二法布里-泊罗干涉腔。

优选地，聚合物微空心柱侧壁通过紫外固化胶与第一单模光纤和第一石英柱连接；

和/或，聚合物微球侧壁通过紫外固化胶与第二单模光纤和第二石英柱连接。

优选地，还包括封装壳体，第一传感结构位于封装壳体内，且聚合物微空心柱和第一石英柱悬空设置，第二传感结构位于封装壳体内，且聚合物微球和第二石英柱悬空设置。

优选地，第一单模光纤的外径为120-130μm，聚合物微空心柱直径小于第一单模光纤。

优选地，第一石英柱和/或第二石英柱通过单模光纤两端切平制成。

优选地，聚合物微空心柱由紫外固化胶体经多模光纤耦合输出的紫外激光曝光固化而成。

优选地，聚合物微球由紫外固化胶体注射到液体中形成球状液滴后曝光固化而成。

优选地，聚合物微空心柱垂直于第一单模光纤和第二单模光纤的轴线所在平面。