[发明专利]基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器

说明书

技术领域

本发明提供了一种基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器，属于光纤传感技术领域。 

背景技术

基于结构简单、抗电磁干扰、适用于远距离及分布式传感等诸多优点，光纤传感器在实际工程中取得了广泛的应用与研究。之前人们对基于采用光纤环镜的悬挂式温度，压力，应力等方面的传感器进行了大量的应用研究光纤环镜包含一组高双折射光纤，它具有输入偏振的独立性和构成光谱滤镜的周期性，且它只依赖高双折射光纤的长度而非光纤环镜的总长。在光学感应中，高双折射光纤环镜用于压力、温度，液面位置和位移测量，同样也作为布拉格光栅解调器的光谱滤镜。并且，高双折射光纤环镜与布拉格光栅或长周期光栅组成可同步测量温度，压力的装置进行了实验研究，采用保偏光纤作为传感头的光纤环镜系统可以实现多种参数同时测量。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器。该装置能够将待测对象所受的应力及发生扭曲的变化量转化为探测信号的振幅变化或漂移量，具有结构简单、易于操作、灵敏度高等特点。 

本发明通过以下技术方案实现： 

基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器，其特征在于：由光耦合器(1)、光偏振控制器(2)、保偏光纤(3)和光谱分析仪(4)及光源(5)组成；光源(5)通过单模光纤连接光耦合器(1)的输入端口，光耦合器(1)的两耦合臂分别连接光偏振控制器(2)和保偏光纤(3)，光谱分析仪(4)连接光耦合器(1)的总输出端口相连。 

所述的基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器，其特征在于：光耦合器(1)为2×2型光耦合器。 

所述的基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器，其特征在于：保偏光纤(3)两应力区中心之间的距离为5-10μm，保偏光纤(3)的长度为0.1-0.5m。 

所述的基于采用光纤环镜的悬挂式双芯光纤的温度、压力相独立的扭力传感器，其特征在于：光源(5)的中心波长为1550nm，其光源宽度范围为100-200nm。 

本发明的工作原理是：该传感器的光纤环镜的保偏光纤为高折射率差高保偏光纤，其高 折射率差的原因是双芯结构的应力不对称不同导致两芯的折射率相差很大，在该光纤环镜中传播的两路光，叠加时的波长差为： 

Δλ＝λ²/ΔnL 

给出，其中 为两芯的折射率之差，L为光纤长度。 

对于扭曲的测量，根据频谱边缘振幅结果的不同与芯中光导的偏振程度的不同是有联系的，应用快速傅里叶转换技术和可视化方法可实现；对于应力的测量，观察无压力和一定压力下的频谱，可发现两谱线有一明显的偏移，通过测量其偏移量从而实现对应力的测量。 

本发明的有益效果是：利用光纤环镜中双芯结构的应力不对称保偏光纤能够实现应力和扭曲间的独立传感。 

附图说明

图1是基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器示意图 

图2是扭曲测量图 

图3是在无应力和有应力时传感器的频谱曲线及快速傅里叶分析法曲线图 

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述： 

参见附图1，一种基于光纤环镜的保偏光纤的应力、扭曲同时测量的传感器，其特征为：由光耦合器(1)、光偏振控制器(2)、保偏光纤(3)和光谱分析仪(4)及光源(5)组成；光源(5)通过单模光纤连接光耦合器(1)的输入端口，光耦合器(1)的两耦合臂分别连接光偏振控制器(2)和保偏光纤(3)，光谱分析仪(4)连接光耦合器(1)的总输出端口相连。由于保偏光纤的不对称的应力区域实现的高双折射效应，在测量相应的量应力和扭曲时，通过观察频谱的变化及变化量可实现对它们的测量。 

本发明中采用的保偏光纤的两偏振应力区的折射率差为10^-3，保偏光纤的纤芯直径为1.5μm，包层直径为124μm，两纤芯应力区之间的距离为7μm，传播损耗为0.3dB/m。光耦合器为2×2型，插入损耗为3dB，通过观察光谱分析仪的谱线变化，如图2所示，可以测量该保偏光纤所受到的扭曲，以及应用快速傅里叶分析法的可视化技术实现对应力的测量，如图3所示。