[发明专利]一种正交型长周期光纤光栅及其感测弯曲的应用

说明书

本发明提供了一种正交型长周期光纤光栅，在光纤表面刻蚀有两段凹槽段，分别构成普通光栅结构和超结构光栅结构，两凹槽段之间沿光纤轴向前后排列，并且在圆周方向上正交。此种新型光纤光栅透射谱中包含两个谐振峰，两谐振峰波长与弯曲度成良好的线性关系，可用于感测弯曲度大小；两谐振峰波长还与温度成良好的线性关系，并且两谐振峰的弯曲灵敏度方向相反，利用弯曲‑温度交叉感测的方法测量弯曲度大小时，具有灵敏度高的优势；两谐振峰之间的漂移大小关系随弯曲方向的改变而改变，因此还可同时用于感测弯曲方向。

技术领域

本发明属于光纤光栅技术领域，具体涉及一种正交型长周期光纤光栅及其感测弯曲的应用。

背景技术

光纤是一种用于光传导的纤维状材料，而光纤光栅则是在光纤的基础上，通过一定方法使光纤纤芯折射率发生轴向周期性调制而成的衍射光栅。光纤光栅这一技术的出现，不仅深刻改变了通信行业，还对传感技术领域产生了极大的影响。

但是在弯曲传感器领域，现有光纤光栅结构还存在精度低或者无法辨别弯曲方向等不足，因此需要研制一种用于感测弯曲的光纤光栅。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种正交型长周期光纤光栅及其感测弯曲的应用，用以提升弯曲传感精度。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种正交型长周期光纤光栅，在光纤表面刻蚀有两段凹槽段，两凹槽段沿光纤轴向前后排列，并且在圆周方向上正交；每段凹槽段分别由若干个凹槽沿轴向排列构成，第一段凹槽段中凹槽等间距排列；第二段凹槽段中凹槽等分为多组，组内凹槽等间距排列，各组之间间隔相等。

进一步地，所述第一段凹槽段中，凹槽深度d1、凹槽宽度w1和凹槽周期f1分别满足：20μm≤d1≤25μm、5μm≤w1≤10μm、610μm≤f1≤630μm。

进一步地，所述第一段凹槽段中凹槽的个数N1为40。

进一步地，所述第二段凹槽段中，凹槽深度d2、凹槽宽度w2和凹槽周期f2分别满足：25μm≤d2≤30μm、5μm≤w2≤10μm、490μm≤f1≤510μm。

进一步地，所述第二段凹槽段中，凹槽个数N2为24个，且每6个为一组，每组凹槽之间间隔2.5mm。

进一步地，所述两凹槽段之间间隔24.18mm。

进一步地，所述光纤光栅的原料为标准单模光纤。

一种基于上述正交型长周期光纤光栅感测弯曲的应用：所述光纤光栅的透射谱中包含两个谐振峰，且谐振峰波长与弯曲度成线性关系，通过检测光纤光栅透射谱中谐振峰波长，得到被测弯曲度大小。

进一步地，所述两谐振峰波长还与温度成线性关系，利用公式计算得到弯曲度大小。

进一步地，根据两谐振峰波长漂移大小的比值，判断弯曲方向。

本发明的有益效果为：

(1)本发明给出了一种新型光纤光栅结构，包括一段普通光栅结构和一段超结构光栅结构，且两者之间呈正交关系；此种新型光纤光栅透射谱中包含两个谐振峰，两谐振峰波长与弯曲度成良好的线性关系，可用于感测弯曲度大小。

(2)本发明正交型长周期光纤光栅透射谱中两谐振峰波长还与温度成良好的线性关系，并且两谐振峰的弯曲灵敏度方向相反，利用弯曲-温度交叉感测的方法测量弯曲度大小时，具有灵敏度高的优势，可以此为基础制成高精度弯曲度传感器。

(3)本发明正交型长周期光纤光栅透射谱中两谐振峰之间的漂移大小关系随弯曲方向的改变而改变，因此还可同时用于感测弯曲方向。

附图说明

图1为本发明正交型长周期光纤光栅结构示意图；