[实用新型]一种光纤倾角计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种倾角计，尤其涉及一种光纤倾角计。

背景技术

光纤倾角传感器被广泛的应用在结构健康监测，特殊环境下的角度测量，土质测量等领域。倾角计在地表和边坡倾角监测中发挥着巨大的作用，当地表和边坡发生倾角，将会导致自然灾害的发生，能够起到预警的作用。在机械结构健康监测上，倾角计也具有重要作用。因为在大型机械结构中，机器设备磨损使零件发生倾角，导致机械故障，倾角计能够监测仪器的健康情况。目前，对比与其它原理的倾角计，光纤倾角计具有闭合的光路，可应用于强电磁场等特殊环境，精度高等优点。

随着光纤传感技术的发展，有许多方法用来制作光纤倾角计，例如利用光纤光栅与悬臂梁结构的倾角计；利用长周期光纤光栅装置到倾角仪上，把倾角转化为应变进行测量；利用在光纤拉锥处刻相移光纤光栅；但这些传感器都有相应的缺点。光纤光栅，长周期光纤光栅和其他结构相结合的倾角计，其原理都是把倾角的测量转换为应变的测量，其灵敏度低，且要与悬臂梁等结构相结合，结构复杂，体积大。在光纤拉锥上刻写相移光纤光栅，其传感器的制作复杂，制作成本高。因此些传感器在实际运用中受到限制。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光纤倾角计，该光纤倾角计具有结构紧凑，制作简单，灵敏度高等优点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种光纤倾角计，包括宽带光源、第一单模光纤、保偏光纤、第二单模光纤和光谱仪，宽带光源的输出端与第一单模光纤的左端连接，第一单模光纤的右端与保偏光纤的左端连接，保偏光纤的右端与第二单模光纤的左端连接，第二单模光纤的右端与光谱仪连接；其特征在于，所述的第一单模光纤的右端与保偏光纤的左端为光纤拉锥结构，所述的保偏光纤的右端与第二单模光纤的左端为花生型结构。

所述的保偏光纤长度为20-40mm。

所述的光纤拉锥结构，直径为30-60μm，长度为1-2mm。

所述的花生型结构，直径为200-300μm，长度为400-600μm。

所述的宽带光源波长范围为1500-1600nm。

所述的光谱仪检测输出的透射光谱，其分辨率为10-20pm。

本发明所具有的有益效果为：

1.利用光纤拉锥结构的柔韧性直接测量倾角，可实现对倾角的高精度测量；

2.利用光纤拉锥和花生型结构，制造方便，结构紧凑，成本低廉；

3.采用光谱仪检测峰值波长移动，使得测量方法简单方便，提高传感器的实用性。

附图说明

下面结合附图及其具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明的实验测量装置图；

图2是利用本发明进行测量的结果图。

图中，1为宽带光源；2为第一单模光纤；3为光纤拉锥结构；4为保偏光纤；5为花生型结构；6为第二单模光纤；7为光谱仪。

具体实施方法

图1中，一种光纤倾角计，包括宽带光源1、第一单模光纤2、光纤拉锥结构3、保偏光纤4、花生型结构5、第二单模光纤6和光谱仪7。宽带光源1的输出端与第一单模光纤2的左端连接，第一单模光纤2的右端与保偏光纤4的左端通过光纤拉锥结构连接，保偏光纤4的右端与第二单模光纤6的左端通过花生型结构5连接，第二单模光纤6的右端与光谱仪7连接。

其工作方式为：宽带光源1发出的宽带光输入第一单模光纤2中以基模的形式传播，绝大部分光能量束缚在纤芯内。光波经过第一单模光纤2传输到光纤拉锥结构3，由于光纤拉锥结构使模场直径不匹配，一部分光注入保偏光纤4的包层，从而激发高阶包层模在包层中传输；另一部分光耦合进入保偏光纤4的纤芯，以基模的形式在纤芯内传播。两部分光经中间的保偏光纤4传输，在花生型结构5中重新耦合在一起而产生干涉，干涉光经第二单模光纤6输入光谱仪7，显示出透射光谱的干涉图样。当光纤倾角发生变化时，产生干涉的两部分光的相位差发生变化，导致透射光谱移动，该装置正是通过监测透射光谱中峰值波长的漂移量来测量倾角大小。

图2是利用本发明进行测量的结果图。当光纤拉锥结构的倾角从0°增加到6.7°，干涉光谱的波峰移动了19.8nm，灵敏度系数为2.9nm/度，相对应的角度分辨率为6.9×10^-3度。