CN221037319U - 一种腐蚀斜切式悬臂梁探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，包括内部设置有第一纤芯且外部包覆有第一包层的第一光纤和内部设置有第二纤芯且外部包覆有第二包层的第二光纤，所述第一光纤和第二光纤的一端面分别为与水平面呈一定夹角且进行过端面腐蚀的第一斜切端面和第二斜切端面；所述第一斜切端面和第二斜切端面之间设置由塑料套管包覆而成的、内部中空的腔体，且第一斜切端面和第二斜切端面为平行面，本实用新型应用于光纤角度传感器，结构简单、成本低廉，能够大大提高光纤角度传感器的灵敏度，同时还具有测量角度矢量的特性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，属于光纤传感领域。
背景技术
角度传感器在结构状态检测中发挥着重要作用，其广泛应用于土木工程、机械制造、地球物理观测和航空工程等领域。在商业市场和科技军事等迅速发展的情况下，单一平面内的倾斜角度测量技术越来越难以满足社会的需求，需要对空间内任一方向上的倾斜角度进行测量，因此，角度传感器正在朝着三维方向发展，用于空间角度的测量。目前已报道了采用机械摆、热对流、变电阻传感、磁效应(磁流体)和电解电容效应等多种类型的倾斜传感器。
但这些传感器存在测量精度较低、易受电磁辐射干扰等缺点。近年来，光纤角度传感器因其具有较强的抗电磁干扰性和复用性逐渐兴起，在角度传感领域有着巨大的发展潜力。但是，目前的光纤角度传感器在角度变化范围为-3°-3°时的灵敏度仅为0.935nm/°，不能满足需求。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题，提供一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，应用于光纤角度传感器，结构简单、成本低廉，能够大大提高光纤角度传感器的灵敏度，同时还具有测量角度矢量的特性。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，包括内部设置有第一纤芯且外部包覆有第一包层的第一光纤和内部设置有第二纤芯且外部包覆有第二包层的第二光纤，所述第一光纤和第二光纤的一端面分别为与水平面呈一定夹角且进行过端面腐蚀的第一斜切端面和第二斜切端面；所述第一斜切端面和第二斜切端面之间设置由塑料套管包覆而成的、内部中空的腔体，且第一斜切端面和第二斜切端面为平行面。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述第一光纤和第二光纤为单模光纤，且第一纤芯和第二纤芯分别设置于中心部位。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述第一纤芯和第二纤芯的直径为9μm，第一包层和第二包层的直径为125μm。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述第一斜切端面和第二斜切端面与水平面的夹角为45°。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述第一斜切端面和第二斜切端面为椭圆形，且第一斜切端面和第二斜切端面处的纤芯和包层均为椭圆形，所述第一斜切端面和第二斜切端面处的纤芯长轴为短轴为9μm，所述第一斜切端面和第二斜切端面处的包层长轴为/>短轴为125μm。
本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述腔体的长度为75μm。
由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：
本实用新型具有结构新颖、价格便宜的特点，利用腔体结构实现大范围分光，增强干涉效果，将该探头的一端固定于倾斜测试平台之上，倾斜平台的角度发生改变，造成腔体的长度发生变化，进而通过检测波长变化来实现角度矢量的测量，同时还能够大大增加光纤角度传感器的灵敏度，可广泛应用于土木工程、机械制造、地球物理观测和航空工程等领域。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型固定于固定平面上的结构示意图；
其中，1、第一光纤，2、第二光纤，3、腔体，4、第二斜切端面，5、第一斜切端面，6、固定平面，8、第一包层，9、第一纤芯，10、第二纤芯，11、第二包层。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，并不构成对于本实用新型实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本实用新型实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
光纤角度传感技术近些年迅速发展，新型的光纤角度传感器层出不穷，具有很好的发展前景。然而，目前的光纤角度传感器普遍具有灵敏度低的缺陷，在角度变化范围为-3°-3°时的灵敏度仅为0.935nm/°。因此，为了在工程结构测量中得到更好的应用，需要研究如何设计传感器才能尽可能提高大光纤角度传感器的灵敏度。
如图1所示，一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，包括内部设置有第一纤芯(9)且外部包覆有第一包层(8)的第一光纤(1)和内部设置有第二纤芯(10)且外部包覆有第二包层(11)的第二光纤(2)，且第一纤芯(9)和第二纤芯(10)分别设置于中心部位；并且，第一纤芯(9)和第二纤芯(10)的直径为9μm，第一包层(8)和第二包层(11)的直径为125μm。
所述第一光纤(1)和第二光纤(2)的一端面分别为与水平面呈一定夹角且进行过端面腐蚀的第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)，第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)与水平面的夹角为45°；具体操作为：在第一光纤(1)和第二光纤(2)的两端加载扭转角45°，使用金刚石切割刀在光纤切割位置刻一道划痕，制造裂纹扩展所需的初始微裂纹；然后轴向拉力加载拉断光纤，实现第一光纤(1)和第二光纤(2)的斜切得到斜切面。然后将第一光纤(1)和第二光纤(2)的斜切面放入腐蚀溶液(特别地，可以使用溶液溶度为40％的氢氟酸溶液进行腐蚀，氢氟酸溶液会优先腐蚀折射率较高的纤芯。)，进行端面腐蚀，得到第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)。
最后将第一光纤(1)和第二光纤(2)用塑料套管进行连接，使得第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)之间形成由塑料套管包覆而成的、内部中空的腔体(3)，且第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)为平行面，得到如图1所示的一种腐蚀斜切式悬臂梁探头。其中，第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)为椭圆形，且第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)处的纤芯和包层均为椭圆形，所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)处的纤芯长轴为短轴为9μm，所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)处的包层长轴为短轴为125μm。
进一步地，上述第一光纤(1)和第二光纤(2)可以但不限于为单模光纤，也可以为多模光纤，腐蚀斜切式悬臂梁探头连接环形器，环形器的另两端连接光源与光谱仪，则在腔体内部发生干涉，增强干涉效果。
倾斜角度作为间接测量的参量。本实用新型利用腔体结构实现大范围分光，增强干涉效果，同时将该探头的一端固定于倾斜测试平台的固定平面之上，倾斜平台的角度发生改变，造成腔体的长度发生变化，进而通过检测波长变化来实现角度矢量的测量。如图2所示，将本实用新型的一端固定于倾斜测试平台之上的固定平面6上，另一端悬空，进行倾斜角度的测量，理论和实验表明，当角度增大时，其光谱向长波长方向移动，发生红移；当角度减小时，其光谱向短波长方向移动，发生蓝移；在角度发生0-60°范围移动时，其灵敏度变化范围是1.6nm/°-4.34nm/°。由此可见，本实用新型灵敏度较高且具有测量角度矢量的特性，并且具有结构新颖、价格便宜的优势，可广泛应用于土木工程、机械制造、地球物理观测和航空工程等领域。
Claims (6)
1.一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，其特征在于：包括内部设置有第一纤芯(9)且外部包覆有第一包层(8)的第一光纤(1)和内部设置有第二纤芯(10)且外部包覆有第二包层(11)的第二光纤(2)，所述第一光纤(1)和第二光纤(2)的一端面分别为与水平面呈一定夹角且进行过端面腐蚀的第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)；所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)之间设置由塑料套管包覆而成的、内部中空的腔体(3)，且第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)为平行面。
2.根据权利要求1所述的一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，其特征在于：所述第一光纤(1)和第二光纤(2)为单模光纤，且第一纤芯(9)和第二纤芯(10)分别设置于中心部位。
3.根据权利要求2所述的一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，其特征在于：所述第一纤芯(9)和第二纤芯(10)的直径为9μm，第一包层(8)和第二包层(11)的直径为125μm。
4.根据权利要求1所述的一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，其特征在于：所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)与水平面的夹角为45°。
5.根据权利要求4所述的一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，其特征在于：所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)为椭圆形，且第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)处的纤芯和包层均为椭圆形，所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)处的纤芯长轴为短轴为9μm，所述第一斜切端面(5)和第二斜切端面(4)处的包层长轴为/>短轴为125μm。
6.根据权利要求1所述的一种腐蚀斜切式悬臂梁探头，其特征在于：所述腔体(3)的长度为75μm。
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