[发明专利]一种可同时测量温度和微位移的光纤传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别是涉一种可同时测量温度和微位移的光纤传感器。

背景技术

光纤传感器技术是伴随着光导纤维及光纤通讯技术发展而出现的一种崭新的传感技术。随着光纤通信技术的实用化，光纤传感器有了迅速发展，且有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等特点，明显优于传统传感器。各种类型的传感器早已广泛应用于各个领域，如工业生产、医疗卫生、国防工程等。

近年来，各种类型的传感器都有突飞猛进的发展。其中干涉型传感器以其制作简单、灵敏度高等特点发展地尤为迅速，出现了许多新结构如偏芯、拉锥、与光纤光栅级联等。利用不同模式间干涉及光纤光栅的特性对测量量的灵敏度不同，可以消除传感测量中的交叉灵敏问题，从而可以做到双参量甚至多参量测量。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种可同时测量温度和微位移的光纤传感器，该光纤传感器输出信号中存在光纤布拉格(FBG)透射峰和干涉峰，根据其对温度和微位移的不同敏感性，可实现温度和微位移双参量同时测量并消除交叉灵敏。

本发明的技术方案：

一种可同时测量温度和微位移的光纤传感器，由光纤布拉格光栅、花生锥结构a和花生锥结构b串联熔接组成，光纤布拉格光栅(FBG)的入射端通过单模光纤与宽带光源连接，单模光纤纤芯直径为8.3μm、包层直径为125μm，光纤布拉格光栅(FBG) 在单模光纤上写制，光纤布拉格光栅(FBG)在室温条件下的中心波长为1549.71nm；花生锥结构a和花生锥结构b之间单模光纤的长度为3.5cm；偏芯结构的输出端通过单模光纤与光谱分析仪连接。

一种所述可同时测量温度和微位移的光纤传感器的应用，使用马赫增德尔(MZ)干涉结构级联光纤布拉格光栅的光纤传感器进行温度和微位移的同时测量，该光纤传感器在同时对温度和微位移进行传感时的光路传输为：宽带光源的光从单模光纤入射，经过光纤布拉格光栅(FBG)时满足布拉格条件的光反射，其余的光透射；之后依次经过两个花生锥结构时发生模式耦合形成干涉，这些模式通过单模光纤传输至光谱分析仪中，监测环境温度和微位移的变化，步骤如下：

1）绘制光纤传感器的输出信号光谱图，当干涉峰dip1和光纤布拉格光栅的透射峰dip_FBG发生波长漂移时，分别获取dip1的波长改变量                                                和dip_FBG的波长改变量；

2）通过以下公式计算环境温度变化量和折射率的变化量：

式中，、分别为dip1对于温度和微位移的敏感系数，和是dip_FBG对于温度和微位移的敏感系数；。 

本发明的优点和有益效果是：

该光纤传感器结构简单且容易制作，只需要普通的单模光纤及刻写在单模光纤中的光纤布拉格光栅，该传感器中输出信号包含干涉峰和FBG的透射峰，根据其对温度和微位移的不同敏感性，可以实现对温度和微位移的同时测量；该传感器，成本低、结构稳定、测量精度高，在安防、建筑、能源方面有着潜在的应用价值。

附图说明

图1为该光纤传感器结构示意图。

图中：1.宽带光源、2.光纤布拉格光栅、3.花生锥结构a、4.花生锥结构b、5.光谱分析仪。 

图2 为该光纤传感器的输出信号谱图。

图3为微位移传感实验装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的具体说明。

实施例：

一种可同时测量温度和微位移的光纤传感器，如图1所示，由光纤布拉格光栅2、花生锥结构a3和花生锥结构b4串联熔接组成，光纤布拉格光栅(FBG)2的入射端通过单模光纤与宽带光源1连接，单模光纤纤芯直径为8.3μm、包层直径为125μm，光纤布拉格光栅(FBG) 2在单模光纤上写制，光纤布拉格光栅(FBG)2在室温条件下的中心波长为1549.71nm；花生锥结构a3和花生锥结构b4之间单模光纤的长度为3.5cm；花生锥结构b4的输出端通过单模光纤与光谱分析仪5连接。