CN105387816A - 一种基于s型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置 - Google Patents

一种基于s型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置 Download PDF

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康娟
周晓影
桑涛
王小蕾
赵春柳
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

本发明公开了一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，它由宽带光源、入射单模光纤、S型光纤、长周期光栅、出射单模光纤、光功率计构成，其中长周期光栅刻于S型光纤上。通过将该传感结构固定在需测量的微位移平台上，当待测微位移发生变化时，S型光纤由于轴向应力导致弯曲度发生变化，即S型光纤两侧的垂直距离随着待测微位移的增大而减小，S型光纤的纤芯和包层能量分布发生变化，导致测量装置输出谐振峰的光强发生改变，通过监测该变化可以获得微位移的变化量。该装置可以避免使用复杂和昂贵的检测和解调***，能够在环境参数测量中广泛地使用。

Description

一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置
技术领域
本发明属于微位移参数测量领域，具体为一种能够测量微米量级微位移的测量装置。
技术背景
在光学设备和一些工业应用中比如微加工，机器人技术，原子力显微镜和微机电***等需要精确的操作控制应用方面，微位移测量是一个关键因素，长期以来受到国内外研究学者的高度关注。常见的光纤光学微位移测量有如下结构、布拉格光纤光栅、长周期光纤光栅、光纤锥、错位光纤。这些结构都比较简单，容易制造，但是大部分上述的结构都是波长解调类型，所以不可避免的使用复杂和昂贵的检测和解调***。最近新型强度解调类型的光纤光栅微位移传感器引起了广泛的关注。如利用单模和光子晶体光纤构成马赫曾德尔干涉仪，结构简单，微位移灵敏度，但是该传感器的制造需要昂贵的光子晶体光纤；利用蝴蝶结锥光纤和错位光纤构成马赫曾德尔干涉仪，也具有很高的微位移灵敏度，但是该结构复杂，脆弱异断，并且容易受外界环境的影响。
本发明公开的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，采用中心波长为1550nm的宽光谱作为测量用光源，利用熔接机在普通单模光纤上形成S型结构，在其上刻写长周期光栅形成微位移传感头，通过将该测量装置固定在待测微位移平台上，利用测量装置输出谐振峰的强度随被测微位移的变化特征，达到测量微位移的目的。本发明的优点在于：仅通过在S型光纤上刻写长周期光栅，就能实现微位移的高精度传感，仅通过监测输出光强的变化可以实现微位移的测量。由于是强度解调型测量装置，可以避免使用复杂昂贵的检测和解调***，可以在多种环境参数测量中广泛使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结构简单、测量精度高的光纤微位移测量装置。
本发明采用的技术方案为：
一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，包括宽带光源(1)、入射单模光纤(2)、S型光纤(3)、长周期光栅(4)、出射单模光纤(5)、光功率计(6)。宽带光源(1)的输出端与入射单模光纤(2)的一端相连，入射单模光纤(2)的另一端与长周期光栅(4)的一端相连，长周期光栅(4)的另一端与出射单模光纤(5)的一端相连，出射单模光纤(5)的另一端与光功率计(6)相连，S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间。
所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征在于宽带光源(1)的工作波长为1520nm-1570nm。
所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间，其中S型光纤(3)的错位宽度和长度分别为35.478um与686um。
所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是长周期光栅(4)刻在S型光纤(3)上，其周期和长度分别为600um与24mm。
本发明的工作原理是：宽带光源1发出的光通过一段入射单模光纤2后进入长周期光栅4后，除了包层中损耗的光外，其余光通过出射单模光纤5输出。当待测微位移发生变化时，长周期光栅4的周期和S型光纤3的弯曲度均发生变化，且以S型光纤3的弯曲度变化为主。S型光纤3的弯曲度变化引起S型光纤中纤芯能量Icore和包层能量Iclad两者的分配发生变化，导致测量装置输出光谱的条纹可见度k发生变化，其表达式表示如下：
k = 2 I c o r e / I c l a d 1 + I c o r e / I c l a d - - - ( 1 )
式中Icore为纤芯中的光强，Iclad为包层中的光强。对公式(1)求导可知，当Icore和Iclad中的能量相等，即Icore与Iclad的比值为1时，测量装置输出条纹可见度最强。
本发明的有益效果是：仅仅通过普通单模光纤形成的S型光纤上刻写长周期光栅即可形成强度解调型微位移测量装置，不在依赖于传统的光谱仪，仅仅利用光功率计即可实现微位移的测量。此外，所述的测量装置有较高的灵敏度，在0-50um范围内，灵敏度高达0.172dB/um。该方法能够广泛应用在其他类似参数测量中。
附图说明
图1是一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置的结构示意图；
图2为被测微位移与谐振峰强度的关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步描述：
参见图1所示，一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，包括宽带光源(1)、入射单模光纤(2)、S型光纤(3)、长周期光栅(4)、出射单模光纤(5)、光功率计(6)；宽带光源(1)的输出端与入射单模光纤(2)的一端相连，入射单模光纤(2)的另一端与长周期光栅(4)的一端相连，长周期光栅(4)的另一端与出射单模光纤(5)的一端相连，出射单模光纤(5)的另一端与光功率计(6)相连，S型光纤(3)位于长周期光栅(4)中间。
上述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其宽带光源(1)的工作波长为1520nm-1570nm；所述的S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间，其长度分别为35.478um与686um；所述的长周期光栅(4)的周期和长度分别为600um与24mm。
一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其工作方式为：宽带光源1的中心波长为1550纳米，其发出的光通过入射单模光纤2后进入长周期光栅4时，一部分光进入长周期光栅4与S型光纤3的包层，另一部分光保持在纤芯中传输，当纤芯和包层中的光传输到出射单模5时，两束光相遇产生特定波长的谐振峰。当外界微位移发生变化时，S型光纤的弯曲度随着微位移的增大而减小，从而导致谐振峰强度发生变化，长周期光栅的周期变化远小于S型光纤的弯曲度变化，可以忽略。图2为被测微位移与谐振峰强度的关系示意图，微位移测量范围为0-50um时，测量灵敏度高达0.172dB/um。

Claims (4)

1.一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，包括宽带光源(1)、入射单模光纤(2)、S型光纤(3)、长周期光栅(4)、出射单模光纤(5)光功率计(6)。宽带光源(1)的输出端与入射单模光纤(2)的一端相连，入射单模光纤(2)的另一端与长周期光栅(4)的一端相连，长周期光栅(4)的另一端与出射单模光纤(5)的一端相连，出射单模光纤(5)的另一端与光功率计(6)相连，S型光纤(3)位于长周期光栅(4)中间。
2.根据权利要求书1所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是宽谱光源(1)的工作波长为1520nm-1570nm。
3.根据权利要求书1所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是S型光纤(3)位于长周期光栅(4)的中间，其中S型光纤(3)的错位宽度和长度分别为35.478um和686um。
4.根据权利要求书1所述的一种基于S型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置，其特征是长周期光栅(4)刻在S型光纤(3)上，其周期和长度分别为600um和24mm。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050018199A1 (en) * 2003-07-24 2005-01-27 Leblanc Philip R. Fiber array interferometer for inspecting glass sheets
CN102997849A (zh) * 2012-11-16 2013-03-27 中国计量学院 基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法及装置
CN203908582U (zh) * 2014-02-19 2014-10-29 南开大学 S型锥内嵌式光纤布拉格光栅双参数传感器
CN104390594A (zh) * 2014-11-10 2015-03-04 西北大学 光纤微结构位移传感器
CN104864999A (zh) * 2015-06-11 2015-08-26 毛嘉 一种基于kagome光纤光栅的张力传感器
CN104880435A (zh) * 2015-05-25 2015-09-02 重庆理工大学 用于测量tnt类***物的传感装置
CN205448974U (zh) * 2015-12-23 2016-08-10 中国计量学院 一种基于s型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050018199A1 (en) * 2003-07-24 2005-01-27 Leblanc Philip R. Fiber array interferometer for inspecting glass sheets
CN102997849A (zh) * 2012-11-16 2013-03-27 中国计量学院 基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感方法及装置
CN203908582U (zh) * 2014-02-19 2014-10-29 南开大学 S型锥内嵌式光纤布拉格光栅双参数传感器
CN104390594A (zh) * 2014-11-10 2015-03-04 西北大学 光纤微结构位移传感器
CN104880435A (zh) * 2015-05-25 2015-09-02 重庆理工大学 用于测量tnt类***物的传感装置
CN104864999A (zh) * 2015-06-11 2015-08-26 毛嘉 一种基于kagome光纤光栅的张力传感器
CN205448974U (zh) * 2015-12-23 2016-08-10 中国计量学院 一种基于s型光纤的强度解调型长周期光栅微位移测量装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
桑涛等: "S型光纤的传感应用研究进展", 《光通信技术》 *

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