[发明专利]基于宏弯损耗效应和功率耦合的二维光纤位移传感器

说明书

本发明公开了一种基于宏弯损耗效应和功率耦合的二维光纤位移传感器，平面上安装有Y轴移动板和X轴移动板；第一无源光纤和第二无源光纤均与有源光纤双绞，有源光纤的一端与LED光源连接后，先与第一无源光纤进行双绞，形成第一双绞纤维，其起始一段固定在Y轴移动板上，剩余部分弯曲形成宏弯耦合结构，第一无源光纤一端闲置，另一端与第一光功率计连接；有源光纤与第一无源光纤双绞结束后与第二无源光纤进行双绞，形成第二双绞纤维，其起始一段环绕第一双绞纤维的圆形段旋转一圈后，形成另一宏弯耦合结构，穿过第一双绞纤维下部，末尾一段固定于X轴移动板上，第二无源光纤与第二光功率计连接。本发明具有灵敏度高、响应快、分辨率高的特点。

技术领域

本发明涉及光纤宏弯耦合的应用领域，具体为一种基于宏弯损耗效应和功率耦合的二维光纤位移传感器，适用于工业上检测二维方向上的位移。

背景技术

在过去的几十年里，光纤传感器由于其检测速度、潜在的灵敏度、分辨率和对多条件检测的能力而取得了更实质性的研究成果。与传统的传感器相比，光纤传感器具有抗电磁干扰、重量轻、灵敏度高等特点。根据光纤传感器的拓扑结构，将光纤传感器分为三大类:单点传感器、多点传感器和分布式传感器。在实际使用中有一种不同类型的光纤传感器在其中，位移传感器被广泛应用于固体力学物理量；机器人技术；位置监控；厚度；精密对准和轴向运动等不同的应用中。然而，在某些应用中，位移测量不只需要一个维度。

对于位移测量，使用不同类型的光纤作为传感元件，主要为单模玻璃光纤(GOFs)，但是它包括位移测量的复杂信号处理，需要昂贵的设备实验部件。塑料光纤(POFs)正在逐步取代玻璃光纤而提供更好的解决办法。比较GOFs和POFs可看出，POFs在可见区域的损耗较低，在生产和实验设备方面更灵活、更稳定、更经济。因此，由于POF位移传感器结构简单，响应速度快，具有较高的灵敏度、较低的成本和较高的精度，因而更适合于研究人员。

通常位移传感器都是一维传感器，但这里我们的重点为二维位移。对于一维位移传感器，提出了基于强度、三角测量、多普勒传感、干涉传感器、飞行时间和共焦的六种方法来实现最先进的性能。虽然这些方法都是一维位移测量，但在单方向测量上有着重要的作用。但是，对于一些现代技术的应用，仍有必要考虑更多的维度，如2D和3D。

为了实现二维位移测量，通常使用两套一维位移传感器来完成二维测量方法，但这种二维测量方法不仅增加了应用成本，而且使用上更加不便利，同时难以满足如此高的精度。而在光纤光栅、自混合干涉偶联、马赫-曾德尔干涉仪、激光系统测量二维位移测量等方面，已有大量的研究报道。因此二维位移传感器在现有的情况下产生是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决二维位移的测量问题，提供了一种基于宏弯损耗效应和功率耦合的二维光纤位移传感器。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于宏弯损耗效应和功率耦合的二维光纤位移传感器，包括平面、有源光纤、第一无源光纤和第二无源光纤，所述平面上安装有Y轴移动板和X轴移动板；所述第一无源光纤和第二无源光纤均与有源光纤双绞，所述有源光纤的一端与LED光源连接后，首先与第一无源光纤进行双绞，形成第一双绞纤维，所述第一双绞纤维的起始一段固定在Y轴移动板上，剩余部分弯曲形成圆形状，形成宏弯耦合结构，第一无源光纤位于第一双绞纤维的起始一端闲置，另一端与第一光功率计连接；所述有源光纤与第一无源光纤双绞结束后与第二无源光纤进行双绞，形成第二双绞纤维，所述第二双绞纤维的起始一段环绕第一双绞纤维的圆形段旋转一圈后，形成另一宏弯耦合结构，穿过第一双绞纤维下部，末尾一段固定于X轴移动板上，所述第二双绞纤维的末尾段处的第二无源光纤与第二光功率计连接；所述有源光纤的另一端闲置；所述第二双绞纤维位于与第一双绞纤维的双绞更换处通过三聚体光纤固定。