[发明专利]基于熔嵌芯式双芯保偏光纤的微加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种光纤加速度传感器，特别是一种微加速度传感器。

背景技术

加速度的测量，在许多领域都有广泛的应用。随着使用范围的不断扩大，要求传感器体积更小巧、测量精确度和可靠性更高并向智能化的方向发展。由于科学技术的高速发展，对传感器的精度、稳定性及体积小型化的要求越来越高，相位调制型光纤传感器是目前研究和开发的主要对象之一。相位调制型传感器是物理微扰与光纤干涉仪的某一干涉臂或两干涉臂相作用，对光纤中光波的相位进行调制，而干涉仪的输出是与相位差成一定关系的光强信号。

迈克尔逊干涉仪则是相位调制型干涉仪的经典结构之一。但目前为止多数结构集成度仍不高，如美国专利US 20040149037 A1，US 5420688，US 4893930，中国专利“顺变柱体全光纤双光路加速度地震检波器”(CN 2599600Y)和“全光纤加速度地震检波器”(CN 2594809Y)。中国专利“双芯光纤集成式加速度计及测量方法”(公开号CN101368978)通过CCD来测量双芯光纤透射干涉条纹的变化来测量加速度，集成度大大提高，但对CCD的像素要求很高。上述专利中所述的光纤及器件均为非保偏光纤及器件，光波在普通低双折射单模光纤中传输时偏振态的随机变化导致干涉信号的不稳定是至今难以有效克服的难题之一。一般由低双折射光纤做成的双束光纤干涉仪都无法避免由于光纤中光波偏振态随机变化引起的检测信号随机衰落。特别当光纤中两传感臂偏振态正交时，干涉仪的输出干涉信号为零。在相位调制型光纤传感器中，为减小光纤本身的相位和偏振态的扰动，应采用单模保偏光纤，为使干涉光强的对比度最佳，要求信号臂和参考臂中的光波必须同相偏振。利用保偏光纤的系统要求利用保偏光纤耦合器，传统保偏光纤耦合器多数利用是熔融拉锥法，即将两根光纤中部长约20mm部分的涂覆层剥去，清洗干净，显微镜对轴，然后采用紫外胶固定，再置于专用微火炬上进行熔融拉锥，使两根光纤侧面融合在一起，形成一双锥体，实现光的横向耦合，最后手工封装，形成耦合器。由于手工操作，对操作的人技术要求很高、速度慢、产量低、成品率低、器件性能的一致性差，因此产品价格高。胡永明等提出了利用保偏光纤的加速度计(中国激光，2005，32(10)：1382)，但其集成度不够。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有利于传感器小型化、集成化，稳定性好，容易制造的基于熔嵌芯式双芯保偏光纤的微加速度传感器。

本发明的目的是这样实现的：

由光源、环形器、单芯保偏单模光纤、保偏光纤耦合器、双芯保偏光纤、加速度传感探头、探测器连接组成；光源发出的光经过环形器后，由环形器的第一输出端口进入单芯保偏单模光纤，之后经保偏光纤耦合器耦合输入到双芯保偏光纤，最后进入由双芯保偏光纤构成的速度传感探头，经速度传感探头反射装置反射后按原路返回，经保偏光纤耦合器后通过环形器的第二输出端口出射，由探测器接收探测；所述的保偏光纤耦合器由单芯保偏光纤和双芯保偏光纤耦合而成；所述的光纤传感探头是中心为空气孔的熔嵌芯式双芯保偏光纤构成的迈克尔逊干涉仪构成的传感探头。

本发明还可以包括：

1、所述的光源是相干长度较长的单色光源。

2、所述的双芯保偏光纤是熔嵌芯式双芯保偏光纤，每个保偏芯均是单模保偏纤芯，每个纤芯是圆形或是椭圆形纤芯，两个纤芯偏振主轴方向相同。

3、所述的光纤传感探头是悬臂梁式结构，质量块通过环氧树脂与双芯保偏光纤近反射端连接固定，双芯保偏光纤与外部壳体刚性连接。

4、光纤偏振耦合器置于光纤传感探头的外部壳体内。以利于减小外界微扰的影响。

5、所述的纤传感探头的反射装置是反射镜，或是在质量块位置处的两个纤芯中写入具有与光源波长相同反射波长的光纤光栅结构，或是由光纤端面镀膜构成的反射端面。

本发明为了解决在制作全光纤加速度仪时，由于单模光纤极化引起的全光纤干涉仪的偏振态的衰减等技术难点，同时为了解决传感器的稳定性提高与成本之间的矛盾，简化保偏光纤耦合器的制备工艺，提出了一种集成式熔嵌芯式双芯保偏光纤的微加速度传感器。

加速度工作原理描述如下：