[发明专利]探测光纤光腔涂层去除的传感器及其制造方法

说明书

与本发明同时申请的、题目为“光纤布拉格光栅涂层去除探测装置”的WO-A-96/17223号文本中包含了与本发明所披露的内容相关的主题。

本发明涉及精巧结构、特别是光学腐蚀探测装置。

众所周知，在温度和应变的光测技术领域中，将传感器沿结构的表面布置或布置在结构的表面内。这种传感器能提供有关结构上不同点处产生的应力的信息，从而提供有关结构的疲劳、寿命和维护修理周期的信息。这种传感器集成装置和使之起作用的光学仪器和电子仪器就是公知的“精巧结构”。这样的一个系统已在题目为“能测量应变和温度的嵌入式光学传感器”的WO-A-95/24614号文本中加以描述。

除了测量结构中各点的应力和温度以外，还希望能弄清关于结构元件的腐蚀情况的信息，以确定何时该结构不适合其正常使用。例如，如果沿飞机机身或机翼在临界应力点处发生腐蚀，就可能导致结构失效。

因此，希望获得一种能够探测结构材料中的腐蚀的传感器。

本发明的目的是提供一种探测腐蚀的光学传感器。

根据本发明，一种探测光纤光腔涂层去除的传感器包括：构成光腔的光纤；一对嵌入到光纤内的反射光纤光栅，每一光栅均具有中央反射波长，所述光栅确定了光腔界限；光腔的光路长度和传播损失根据光纤光栅的中央反射波长而被设定(sized)，以形成光谐振器；一层具有预定厚度的材料涂层，它包围光腔的圆周并沿光腔的至少一部分长度方向延伸；该涂层向光腔施加沿径向向内的力，这导致光腔的整体折射率变化，从而使光腔的光路长度改变并引起谐振器脱离谐振状态；当涂层至少被部分去除时，光腔上的作用力减小，从而使谐振器进入谐振状态。

本发明还涉及一种制造用于探测光纤光腔涂层去除的传感器的方法，其步骤包括：获得一种构成光腔的光纤，该光腔具有一对嵌入到所述光纤内的反射光纤光栅，每一光栅均具有中央反射波长，所述光栅确定了所述光腔的界限；与所述光纤光栅的中央反射波长一起设定所述光腔的光路长度和传播损失，以形成光谐振器；围绕所述光腔的圆周并沿所述光腔的至少一部分长度方向对所述光腔施加涂层；所述涂层向所述光腔施加沿径向向内的力，导致所述光腔的整体折射率变化，从而使所述光腔的光路长度改变并引起谐振器脱离谐振状态；当所述涂层至少被部分去除时，所述光腔上的作用力减小，从而使谐振器进入谐振状态。

根据本发明，来自涂层的力围绕并沿着光腔不均匀地分布，使得光腔的折射率变化，从而降低了光腔的光学效率。

本发明代表了精巧结构技术方面的一个进步，使得可通过发现涂覆有某种材料(比如铝)的光纤波导光腔在光路长度和光学波导特性上的变化来探测结构的腐蚀。本发明重量轻、价格便宜、容易安装且对腐蚀非常敏感。此外，本传感器容易与其它同样使用光纤布拉格光栅的精巧传感器(比如温度和/或应变传感器)连接起来。另外，可使用用于这种探测的谐振腔进行极为敏感的探测。

本发明上述和其它的目的、特征和优点将从对附图所示实施例的详细描述中更清楚地表现出来。

图1是依据本发明所述的、表示构成谐振腔的在两光纤布拉格光栅之间涂覆有铝涂层的光纤的附图；

图2是依据本发明所述的、表示了纤芯、包层和铝涂层的光纤截面图。

参见图1，光源10向分束器14提供光信号12，预定量的光16通过分束器14进入光纤18。光16入射到嵌入在光纤18内的第一光纤布拉格光栅20上。如公知的那样，光纤布拉格光栅将光的窄波长带反射，而使所有其它波长通过，从而如在Glenn等人的美国专利第4,725,110号中所讨论的那样，表现出窄波长反射特性。光栅20对光的窄波长带21进行反射，并使如线24所指示的剩余波长通过。光24沿光纤的一部分26传播到嵌入在光纤18内的第二光栅30，该第二光栅30对光的窄波长带32进行反射，并使如线34所指示的剩余波长通过。光34传出光纤18并入射到探测器35，该探测器35向线路36提供电信号，以指示入射到探测器35上的光34的强度。与此相类似，输出光22沿光纤18从一对光栅谐振器20、30(将在下文讨论)传出，并入射到分束器14，该分束器14将预定量的光37反射到探测器38上。探测器38提供电信号39，以指示入射到探测器38上的光37的强度。另外，光纤部分26由例如用铝制成的涂层40包围(涂覆方法将在下文讨论)。