[发明专利]一种光纤强度调制型传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种光纤强度调制型传感器及其应用，该传感器包括两根光纤和套管；套管为空芯圆形管状物体，具有弹性，套管的内径小于光纤的直径；两根光纤的末端分别从套管的两端嵌入至套管内，两根光纤的首端位于套管外；传感时，套管随光纤的运动发生形变，且套管可随光纤空间位置的恢复而恢复至初始状态。本发明通过套管使两根光纤的端面形成一定的角度和间距关系，在光纤处于弯曲状态时，两个端面之间随着弯曲角度的变化，形成不同的端面角度，从而使得两根光纤的能量耦合发生变化，随着光纤端面的间距增大，其耦合能量随之减小，由于套管的弹性，光纤的端面角度和间距变化具有良好的重复性，从而使得传感器具有高重复性和稳定性的特点。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种光纤强度调制型传感器及其应用。

背景技术

随着科技的发展，传感器在人体运动、生理体征的应用逐渐成为研究的热点。一般通过电子类传感器检测单元电阻、电容、电压等电学性质变化来实现传感。但电子类传感器容易受到电磁干扰等因素的影响，尤其是在磁共振成像(MRI)环境下电子传感器无法使用，使其发展受到了阻碍。而光纤传感器则克服了这一阻碍，光纤类传感器具有高灵敏度，抗电磁干扰能力强，轻便结构紧凑等优点，更适合应用在人体健康检测中。

光纤强度调制型传感器一般是利用光纤的宏弯损耗和微弯损耗原理制作的，通过光纤的弯曲形变引起的光损耗原理进行参数测量。若光纤弯曲半径小于一个临界值，那么光纤的弯曲损耗就会急剧增加从而得到一个相对敏感的宏弯光纤传感器。仅仅是利用光纤的弯曲损耗做传感器灵敏度很低，所以要对光纤进行处理，增加光纤的倏逝场，提高传感器的灵敏度，如专利授权公告号CN112190255A中的中国发明专利“一种基于D型塑料光纤的可穿戴呼吸监测设备”中对塑料光纤进行侧抛提高传感器的灵敏度，但这种处理方式会破坏光纤的结构，影响光纤的使用的寿命。

目前，现有的光纤强度调制型传感器主要存在着灵敏度低、结构复杂、制作难度高等技术问题。

发明内容

针对现技术中存在的不足，本发明提供了一种光纤强度型调制传感器，该传感器结构简单，成本低廉且具有较高灵敏度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种光纤强度调制型传感器，包括两根光纤和套管；

所述套管为空芯圆形管状物体，所述套管的内径小于所述光纤的直径；所述套管具有弹性，可允许两根所述光纤的末端分别从所述套管的两端嵌入至所述套管内，两根所述光纤的首端位于所述套管外；传感时，所述套管随所述光纤的运动发生形变，且所述套管可随所述光纤空间位置的恢复而恢复至初始状态。

进一步的，所述光纤为塑料光纤或带护套的石英光纤，所述套管材质为硅胶。

进一步的，所述光纤的末端面与所述光纤的中心轴线垂直。

进一步的，所述光纤在平直状态下，两根光纤末端面之间的间距L＝0mm。

进一步的，所述套管对由所述光纤传输并从所述光纤的末端面输出的光具有强吸收，其吸收率大于90％。

进一步的，所述套管在空套状态下的厚度为d_c，套入所述光纤后所述套管的厚度为d_s，所述套管可正常使用的扩张后的厚度为d_m，满足3d_m/4≥d_s≥d_c/2。

本发明还提供了一种光纤强度调制型传感器的应用，所述传感器用于实现位移量传感，两根所述光纤呈人字形分布；传感时，通过拉伸所述光纤的首端，使得两根所述光纤末端的中轴线之间的夹角α减小，并带动所述套管发生形变，使得两根所述光纤之间的光耦合增大，实现对位移量的传感；或者，拉伸两根所述光纤，使得两根所述光纤的末端的间距增大，使两根所述光纤之间的光耦合减小，实现对位移量的传感。