[发明专利]一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器

说明书

本发明公开了一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器，传感器包括：单模光纤；第一偏芯光纤；第二偏芯光纤；两段偏芯光纤的纤芯与单模光纤纤芯对准，分别熔接于所述单模光纤的两端，且第一偏芯光纤和第二偏芯光纤的截面在几何上呈正交关系；两个中心波长不同的光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)，分别对称地写入于两个熔接点处，在弯曲时位于熔接点两侧的FBG产生不同的反射峰波长，从而等效形成四个FBG。本发明利用单模光纤在弯曲时其FBG的中心波长漂移仅受轴向应变的影响，来补偿在曲率解调时偏芯光纤引入的轴向应变，消除了传统曲率传感器存在的曲率测量误差，实现纯曲率值及弯曲方向的测量。

技术领域

本发明涉及一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器。

背景技术

曲率是描述物体形状的一个重要参数，通过对曲率的测量可以了解物体形状的变化趋势。曲率传感器在结构体健康监测、航空航天、机器人学、表面形状测量等方面具有广泛的应用前景，其中基于光纤光栅的曲率传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强和准分布式测量等优点得到国内外学者的青睐。

Y.P.Wang等人提出的一种基于级联的长周期光纤光栅(Long PeriodFiberGrating,LPG)曲率传感器，用紫外曝光写入的LPG只受曲率的影响，而两个二氧化碳激光器写入的LPG用于解调弯曲方向(Y.P.Wang,Y.J.Rao.“ANovel Long Period Fiber GratingSensor Measuring Curvature and Determining Bend-Direction Simultaneously,”IEEE Sensors Journal,2005,5(5):839～843.)。此外，J.Kong等人提出了一种基于正交级联偏芯光纤布拉格光栅的二维弯曲传感器，该方案通过比较两个偏芯光纤的中心波长漂移来解调曲率和弯曲方向。(J.Kong,A.Zhou,C.Cheng,et al.“Two-Axis Bending SensorBased on Cascaded Eccentric Core Fiber Bragg Gratings,”IEEE PhotonicsTechnology Letters,2016,28(11):1237～1240.)。

然而在实际应用中，弯曲传感器在弯曲时往往伴随着附加的轴向应变，输出的传感信号是弯曲应变与轴向应变的共同作用结果。现有的弯曲传感器解调方案无法区分弯曲应变和轴向应变，因此曲率解调时存在误差。

为解决现有方案中存在的问题，本发明提出了一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器，不但可以实现纯曲率测量，还能区分弯曲方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器，解决现有技术无法区分弯曲应变和轴向应变导致曲率解调时存在误差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可实现轴向应变补偿的光纤弯曲传感器，包括：

单模光纤；

第一偏芯光纤，其纤芯与所述单模光纤的纤芯对准后熔接于所述单模光纤的其中一端；

第二偏芯光纤，其纤芯与所述单模光纤的纤芯对准后熔接于所述单模光纤的另外一端，且第一偏芯光纤和第二偏芯光纤的截面在几何上呈正交关系；

两个中心波长不同的FBG(Fiber Bragg Grating,光纤光栅)，分别对称写入两个熔接点处，位于熔接点两侧的FBG产生不同的反射峰波长；

当传感器弯曲时，所述第一偏芯光纤和所述第二偏芯光纤受到弯曲和轴向应变的共同影响，而所述单模光纤仅受到轴向应变影响，因此位于熔接点两侧的FBG的纤芯折射率和光栅周期将不同，产生不同的反射峰波长，从而等效形成4个FBG。