[发明专利]一种大量程的聚合物光纤位移传感器

权利要求书

1.一种大量程的聚合物光纤位移传感器的位移检测方法，其特征在于：该方法采用如下大量程的聚合物光纤位移传感器来实现，包括聚合物光纤（1）和LED灯带（2），所述聚合物光纤（1）由纤芯（101）和光纤包层（102）构成，所述LED灯带（2）由多个发光二极管（201）构成，相邻的发光二极管（201）之间间距相同，所述LED灯带（2）设置于聚合物光纤（1）表面、且与聚合物光纤（1）直线接触，所述LED灯带（2）可沿聚合物光纤（1）轴向前后移动，所述发光二极管（201）均正对于聚合物光纤（1），所述聚合物光纤（1）不与LED灯带（2）接触的另一侧面设有遮光部件（4），所述聚合物光纤（1）的一端连接光功率计（3）；位移检测方法包括如下步骤：

①在聚合物光纤位移传感器投入使用前，进行测试，使LED灯带（2）和聚合物光纤（1）直线接触、且保证发光二极管（201）正对聚合物光纤（1）未被遮光的侧面；

②LED灯带（2）发光时，发光二极管（201）的光照射到聚合物光纤（1）上，部分光会发生折射，部分光会发生衍射，首先，光在空气介质中传播，之后光与光纤包层（102）相互作用，发光二极管（201）发出的一部分光线通过折射传入光纤的纤芯（101）内，另一部分光被光纤包层（102）反射出去损耗掉，之后，当光纤纤芯（101）的入射角θ_i大于临界角θ_c时，光线会通过全内反射的原理在光纤中传播；设定一共有n个发光二极管（201），第一个发光二极管（201）传播的光强度为I₁，第二个发光二极管201的强度为I₂，第n个发光二极管（201）的强度为I_n，则总的光强度是所有光源的总和，表示为： I_total=I₁ + I₂ + I₃ + … + I_n；

③将LED灯带（2）沿着聚合物光纤（1）的轴向朝着光功率计（3）的位置移动规定为前向移动，将LED灯带（2）沿着聚合物光纤（1）的轴向朝着远离光功率计（3）的位置移动规定为后向移动，当前向移动时，位移距离由0增大，折射入纤芯（101）的光增加，在光纤中传输的光点增加，这些折射到光纤内部的光线具有相同的波长和相位，会发生相长干涉，根据相长干涉的原理，光线的合成振幅会增加，光纤输出的光强度随之增加，从而光功率计（3）检测到的光强度增加，通过检测到的光强和位移数据得到的曲线进行计算后，发现光强度与位移距离呈固定的线性关系，设定光强度为y，位移为x，则得到y=ax+b，系数a与b根据曲线计算得出；当后向移动时，位移距离向0缩小，光纤中传播光线的减少，光功率计（3）检测到的光强度减小，通过检测到的光强和位移数据得到的曲线进行计算后发现光强度与位移距离呈固定的线性关系，设定光强度为y，位移为x，则得到y=cx+d，系数c与d根据曲线计算得出；

④根据步骤③得到的线性关系，当前向移动时，光强度y通过光功率计（3）读数，y已知，则通过y=ax+b，计算得出位移x；当后向移动时，光强度y通过光功率计（3）读数，y已知，则通过y=cx+d，计算得出位移x。

2.根据权利要求1所述的一种大量程的聚合物光纤位移传感器的位移检测方法，其特征在于：所述LED灯带（2）的波长为660 nm，所述发光二极管（201）的表面积为5×5mm，相邻的发光二极管（201）之间的距离为2cm。

3.根据权利要求1所述的一种大量程的聚合物光纤位移传感器的位移检测方法，其特征在于：所述光功率计（3）的分辨率为1nW。