[发明专利]基于三芯单模光纤光栅的二维位移传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于三芯单模光纤光栅的二维位移传感器。

背景技术

现有的光纤光栅位移传感器需要复杂的位移-应变转换装置，如弹性弯曲梁，来实现位移到光纤光栅应变的转换。例如把光栅粘贴在悬壁梁的表面上，位移量通过连接件使悬臂梁产生弯曲，从而使光纤光栅受到拉伸或者挤压，反射波长产生相应的变化量，得到位移和波长变化的对应关系，这样就可以通过光纤光栅波长的变化量来得到位移变化信息了。但其缺点是明显的：首先，被测位移转变成光纤光栅的波长变化需要施加较大的力(如使弹性梁弯曲)，可能对被测物体的位移变化产生影响；其次，要实现二维位移测量需要两个正交放置的传感器，不利于传感器的小型化；另外，由于温度的变化也会使光纤光栅的波长产生变化，所以通常情况下需要附带一个光纤光栅温度传感器来做温度补偿。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于三芯单模光纤光栅的二维位移传感器。在包含三个纤芯的光纤上刻写光纤光栅，得到具有三个不同反射波长的三芯光纤光栅，三个波长分别对应于三个不同的芯(具体可通过在折射率不同的三个纤芯上写入周期相同的光栅，或者在相同折射率的纤芯上分别写入不同周期光栅的方法)。然后将该三芯光纤光栅的一端固定，另一端与被测物体发生相同或按比例放大或减小的二维位移。位移变化带来三芯光纤的弯曲，不同方向的弯曲引起三个光纤光栅所承受的应变不同，即三个反射波长的变化不同。因此，通过监测该三芯光纤光栅的三个反射波长的变化可实现二维位移的测量。

本发明包括光源、普通单模光纤、三芯单模光纤光栅、波长测量及数据处理模块。三个光栅的波长经波长测量和经数据处理模块转换成二维位移信息，从而实现高精度实时感测被测物的二维位移变化量。

本发明采用具有不同反射波长的三芯光纤光栅进行二维位移测量，既解决了以往光纤光栅位移测量精度不高、稳定性差、二维测量难等弊端，同时传感头具有体积小、重量轻、自带温度补偿等优点。

本发明还有以下从属技术特征：

1.所述的三芯单模光纤与普通单模光纤通过专利号为200610151033.1的方法熔接拉锥融合。

2.所述的分路器可为光纤耦合器或环行器。

3.所述的三芯单模光纤的三个芯以光纤的中心为中心成等边三角形分布。

4.所述的三芯单模光纤在其用于传感的部位的每个芯上分别刻有光纤光栅，且三个光纤光栅具有不同的反射波长(具体可通过在折射率不同的三个纤芯上写入周期相同的光栅，或者在相同折射率的纤芯上分别写入不同周期的光栅)

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明三芯单模光纤光栅示意图；

图3为本发明三芯单模光纤纤芯的分布图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1所示，一种基于三芯单模光纤光栅的二维位移传感器包括光源、普通单模光纤、三芯单模光纤光栅、波长测量及数据处理模块。耦合区为普通单模光纤和三芯单模光纤光栅通过专利号为200610151033.1的方法熔接拉锥融合的锥体耦合区。三芯单模光纤每个纤芯上均有一个光栅，三个光纤光栅具有不同的反射波长。

其工作方式：宽谱光源的光通过普通单模光纤输入三芯单模光纤，光栅反射回来的光也通过普通单模光纤输出，经分路器到达波长测量模块。三芯光纤另一端与被测物体发生相同或按比例放大或减小的二维位移，当被测物体发生移动时，带来三芯光纤的弯曲，不同方向的弯曲引起三个光纤光栅所承受的应变不同，即三个反射波长的变化不同，三个光栅的波长经波长测量和经数据处理模块转换成二维位移信息输出，通过检测三芯光纤光栅的波长变化量，并通过波长——位移的关系来测得被测物体的二维位移及其变化信息。由于三芯单模光纤的三个纤芯成中心等边三角形分布，周围温度变化会引起三个光纤光栅的总波长的变化增大或减小，但是这种对称分布使得光纤光栅波长的相对变化不变，因此此发明可以实现温度自补偿。