[发明专利]光纤微结构位移传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及到位移全光纤传感器。

背景技术

全光纤传感器主要包括光纤光栅传感器、光纤马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪传感器、光纤法布里-珀罗(Fabry–Pérot)干涉仪传感器和萨格纳克(Sagnac)干涉仪传感器等。全光纤传感器凭借其体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、制作简单、精度高、易集成和分辨率高等优点，已被广泛用于测量温度、应变、磁场、电流和位移等物理量。其检测原理是由被测体上述物理量的变化而引起光纤的反射或者透射光谱的波长偏移、相位变化、偏振态变化及强度变化，然后再通过解调这些光谱变化而达到对被测物理量的检测目的。

光纤微位移传感器应用微弯对光传输的影响，实现对微小位移量的测量，由于光传输限制在光纤纤芯内，可免除周围环境的干扰，传感器不仅体积小，而且灵敏度高。

目前，单纯利用光纤纤芯错位工艺实现的马赫增德尔干涉应用有很多报道，大部分全光纤类型的传感器，比如光纤光栅、光纤法布里-珀罗传感器，制作工艺复杂，成本较高；其它传统类型的电子类传感器，体积大，结构复杂，抗外界干扰(包括腐蚀、电磁干扰等)能力差；马赫曾德尔干涉结构传感器所利用的纤芯适配结构比较复杂、机械强度相对较差。

利用马赫增德尔干涉原理设计的公开号为CN 103063238 A、发明名称为《一种基于马赫曾德尔干涉的全光纤传感器》，用于测试外界温度，折射率、液面及轴向应力等参量的测量传感器，采用在单模光纤的端部熔接多模光纤，多模光纤的端部熔接细芯光纤，细芯光纤的端部熔接单模光纤的结构，这种全光纤传感器，多模光纤和细芯光纤的长度都会明显影响到干涉光谱的强度以及自由光谱范围，而且长度较长、结构复杂机械强度下降，影响到测量范围以及灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述光纤传感器的缺点，提供一种结构简单、体积小、机械强度大、工艺简单的光纤微结构位移传感器。

解决上述技术问题的方案是：在隔温保护罩的左端设置有左位移传动块、右端设置有滑动活塞，滑动活塞的右端设置有右位移传动块，右位移传动块和隔温保护罩上设置外套装有恢复弹簧的支撑杆，支撑杆的右端设置有位移限制块，左单模光纤的一端穿过左位移传动块与宽带光源相连，右单模光纤的一端穿过滑动活塞和右位移传动块与光谱分析仪相连，左单模光纤的另一端与细芯光纤的一端熔接，右单模光纤的另一端与细芯光纤的另一端熔接，在细芯光纤的包层上加工有折射率调制腔a。

本发明的折射率调制腔a的长度为100～1000μm。

本发明的细芯光纤的长度为2～30mm。

本发明的细芯光纤的纤芯外径是左单模光纤的纤芯、右单模光纤的纤芯外径的一半。

本发明的细芯光纤为光敏细芯光纤。

由于本发明采用在细芯光纤的两端熔接单模光纤，细芯光纤的两端熔接单模光纤，细芯光纤的包层内加工有折射率调制腔，细芯光纤5的长度为2～30mm，折射率调制腔的长度为100～1000μm。细芯光纤的纤芯外径是单模光纤的纤芯外径的一半，使得这种传感器具有较高的灵敏度和线性度。本发明具有结简单、体积小、机械强度高、灵敏度和线性度高等优点，可作为位移传感器，也可作为折射率传感器、温度传感器。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1中细芯光纤5与左单模光纤14和右单模光纤6的联接示意图。

图3是测试实验的光纤微结构位移传感器的初始光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和各实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的光纤微结构位移传感器由左位移传动块1、隔温保护罩2、恢复弹簧3、支撑杆4、细芯光纤5、右单模光纤6、位移限制块7、滑动活塞8、右位移传动块9、光谱分析仪10、光纤夹持器11、左单模光纤12、宽带光源13联接构成。

在隔温保护罩2的左端通过螺纹联接安装有左位移传动块1、右端安装有滑动活塞8，滑动活塞8的右端通过螺纹联接安装有右位移传动块9，右位移传动块9和隔温保护罩2上用螺纹紧固联接件固定联接安装有两个支撑杆4，每个支撑杆4外套装有恢复弹簧3，滑动活塞8在外力的作用下可沿着支撑杆4在隔温保护罩2的右端内左右移动，每个支撑杆4的右端焊接联接有位移限制块7，位移限制块7用于限制滑动活塞8向左移动的极限位置。