[发明专利]一种光纤传感器、级联光纤制备方法及装置

说明书

本发明涉及一种光纤传感器、级联光纤制备方法及装置，光纤传感器包括级联光纤、弯曲装置和基底装置；级联光纤包括环形光纤、输入光纤和输出光纤，输入光纤上载有一段布拉格光栅，级联光纤通过左右毛细管固定在弯曲装置上，布拉格光栅与弯曲装置的弹簧钢贴紧，弯曲装置安装在基底装置上，将待测试对象的位移量转换为弹簧钢和布拉格光栅的形变，从而测量位移量，温度的改变也会影响级联光纤，从而测量温度。由于布拉格光栅和环形光纤对于温度和位移有不同的偏移趋势，并且布拉格光栅对温度和位移的感应导致纤芯模的有效折射率的改变将进一步的影响输入到环形光纤的光能变化，故本发明灵敏度高，可实现位移和温度同时测量。

技术领域

本发明涉及位移精密测量领域，尤其是涉及一种光纤传感器、级联光纤制备方法及装置。

背景技术

温度和位移测量系统在许多精密监测和控制应用中起着重要的作用，如航空航天、海洋勘探、机器人、铁路等。在大多数情况下，温度变化会引起位移变化，因此，位移和温度的同步测量是必要的，具有高灵敏度的位移传感器具有广泛的应用前景。

在过去的几十年里，电子、微机械和光纤传感器被广泛应用。电子传感器通常易受电磁干扰和交叉灵敏度的影响。微机械法测量精度高，过程复杂，但难以实现实时监测。相反，光纤传感器可以实现温度和位移的同步测量，具有响应快、灵敏度高、抗电磁干扰等优点。但布拉格光栅光纤对温度和位移的灵敏度相对较低，难以满足工程需求。另外，法布里-珀罗结构具有高灵敏度，但由于制作困难经常遭受强度不足的影响。因此，制作简单、低成本、易携带、高灵敏度和稳定性好的位移传感器在监控领域具有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光纤传感器、级联光纤制备方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光纤传感器，用于同时测量待测试对象的微米级位移和温度，包括级联光纤、弯曲装置和基底装置；

所述级联光纤包括环形光纤、输入光纤和输出光纤，输入光纤上载有一段布拉格光栅，所述环形光纤的两端分别与输入光纤和输出光纤相连，连接处由左毛细管锁紧，输入光纤和输出光纤水平对齐，由右毛细管锁紧后分别连接至光源和光谱仪，光源发出的激光的传输路径为：光源-输入光纤-环形光纤-输出光纤-光谱仪；

所述弯曲装置包括左夹持块、右夹持块和弹簧钢，所述弹簧钢的两端分别连接至左夹持块和右夹持块，布拉格光栅与弹簧钢紧密贴紧，左毛细管安装至左夹持块，右毛细管安装至右夹持块；

所述基底装置包括底板、直线导轨、左滑块、右滑块、限位机构和连接块，所述直线导轨设于底板上，直线导轨、弹簧钢、输入光纤和输出光纤水平且平行，左夹持块安装在左滑块上，右夹持块安装在右滑块上，左滑块和右滑块沿直线导轨滑动，限位机构用于对左滑块和右滑块进行限位，所述连接块与右滑块相连，用于连接待测试对象。

在一种优选的实施方案中，所述环形光纤的形状为平行于底板的水滴形，所述水滴形的周长为30～45mm，以直线导轨为长度方向，长度方向上水滴形的直径L为14～16mm，在垂直于长度方向的宽度方向上水滴形的直径D为9～10mm。

在一种优选的实施方案中，左毛细管和右毛细管之间的间距L1为50～60mm，输入光纤上的布拉格光栅的长度为10～15mm，输入光纤上的布拉格光栅与环形光纤之间的间距为25～30mm。

在一种优选的实施方案中，左毛细管和右毛细管之间的间距L1为50～60mm，左毛细管和右毛细管的管长L2为5～8mm，左毛细管和右毛细管的管径D1为0.5～1mm。

在一种优选的实施方案中，左毛细管和右毛细管之间的间距L1为50～60mm，所述弹簧钢为65Mn弹簧钢，长度为50～60mm，厚度为0.2～0.5mm。