[实用新型]一种可方向识别的光纤MZ曲率传感器

说明书

本实用新型公开了一种可方向识别的光纤MZ曲率传感器，包括宽带光源、输入单模光纤、分束多模光纤、锯齿形传感单模光纤、合束多模光纤、输出单模光纤和光谱仪；宽带光源出射光经输入单模光纤在分束多模光纤中激发高阶模式传入锯齿形传感单模光纤的包层和纤芯中，通过合束多模光纤耦合在一起发生干涉，再从输出单模光纤中传入光谱仪，由于锯齿形结构的存在，光束在锯齿形传感单模光纤包层中传输时，主要分布在锯齿下侧，此时纤芯不再处于光纤中性面位置，当传感器在0°方向或180°方向弯曲时，其干涉波长会呈现蓝移或红移，从而通过干涉谷偏移大小和方向来实现曲率以及曲率方向识别。

技术领域

本实用新型属于光纤MZ干涉传感器领域，具体地说涉及一种可识别方向的光纤MZ曲率传感器。

背景技术

曲率测量及弯曲方向识别在建筑工程，航空航天领域中十分重要，光纤曲率传感器因体积小，结构紧凑，灵敏度高，抗电磁干扰等优点被广泛研究。其中光纤MZ干涉传感器是常见的曲率传感器，以异质芯结构(MSM)最为常见，然而由于光纤的圆柱对称性，该结构的传统传感器只能进行曲率大小的测量并不能进行弯曲方向的识别。

MSM光纤异质芯结构MZ干涉曲率传感原理是：干涉谷是由于纤芯模与包层模干涉产生，当外界施加弯曲时，光纤包层内侧被压缩，外部被拉伸，包层有效折射率随弯曲发生改变，纤芯位于光纤中性面影响不计，受弯曲的影响纤芯模与包层模的光程差会减少，随着曲率的增加，干涉谷波长会出现蓝移，实现曲率传感。由于光纤是圆柱对称结构，包层在纤芯两侧对称分布，所以对其进行0°(凹向)和180°(凸向)弯曲时，包层总是一侧被压缩，一侧被拉伸，有效折射率改变与弯曲方向无关，干涉谷波长均蓝移，因此不能识别弯曲方向。为了识别弯曲方向，需要传感器受到0°(凹向)和180°(凸向)弯曲时，干涉谷波长分别红移和蓝移，这就需要传感器在受到不同方向弯曲时，纤芯模与包层模的光程差分别增大和减小。

目前公开的光纤MZ传感器中能进行弯曲方向识别的，有以下几种：

第一种(CN 206945023 U)是利用光纤错位熔接技术和光纤光栅技术制作而成，通过将两根不同的单模光纤错位熔接，并在其中一根光纤上形成与错位熔接方向有一定夹角的光栅结构，这样的传感器不仅能够在0°和180°实现弯曲方向识别，由于错位方向有一定夹角还能在90°和270°进行弯曲方向识别，但由于制作需要光栅技术结合，且对光栅曝光方向有严格要求，存在制作困难的问题，且错位熔接的传感器机械性能较差，容易在弯曲中断裂。

第二种(CN 208238740 U)是利用构造驼峰锥结构制作而成，通过在一根单模光纤上构造不对称的驼峰锥，这样的结构既能对曲率大小进行测量还能对0°和180°的弯曲方向进行识别，其存在问题是，驼峰球的制作需要特殊的操作，光纤偏离放电中心时，其制作出来的球的大小形状不易控制，而且传感器的灵敏度较低。

目前对可方向识别的光纤MZ曲率传感器的研究还相对较少，对于传统的MSM结构的曲率传感器还未能进行弯曲方向识别，在公布的专利中，还未有人利用锯齿形结构去实现弯曲方向识别。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的则是克服了传统MSM干涉曲率传感器不能实现方向识别的不足，提供了一种锯齿形MSM结构去实现弯曲方向识别以及曲率的传感，并拥有较高的灵敏度。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：