CN101093161A - 光纤位移传感器 - Google Patents

Abstract

一种光纤位移传感器，包括一半导体激光器，该半导体激光器通过光纤与波分复用器相连，该波分复用器的直通端与DFB光纤激光器连接，该波分复用器的输出端经光纤隔离器与固定F－P光谱分析装置相连。本发明传感器具有探测精度高、光信号强、信躁比高、可远程监控等优点。

Description

光纤位移传感器

技术领域

本发明涉及光纤传感器，是一种探测微量位移变化的光纤传感器，可用于桥梁、建筑物和水坝中的裂缝以及科学实验中微量位移变化的探测。

背景技术

在掺Yb光纤上刻写光栅，则获得掺Yb分布反馈(以下简称为DFB)光纤激光器。在均匀刻写的DFB光纤激光器的几何中心产生

相移，则制作出单纵模光纤激光器。此类激光器的波长由下式确定：

λ＝2nΛ

其中，λ为DFB激光器的运行波长，n为光纤有效折射率，Λ为光栅周期。当改变光栅周期Λ的值时，则DFB光纤激光器的运行波长也改变。

目前在桥梁、建筑物、水坝中的应变、裂缝及位移探测中，归纳起来可分为宽带光源/宽带滤波或边缘滤波器接收；宽带光源/可调窄带接收；宽带光源/干涉接收和可调谐窄带光源/宽带接收4种方案。这四种方案各有利弊。

宽带光源/宽带滤波或边缘滤波器接收法：能直接读取波长，操作简单，工作稳定、可靠。但体积和重量大，分辨率低，价格昂贵。

宽带光源/可调窄带接收法：可以得到较高的分辨率，单光栅测量分辨率可达到3.627pm。但该法对光栅匹配要求高，测量范围不大，响应速度低，不适合高频测量，且测量精度受PZT的非线性影响。

宽带光源/干涉接收法：最大的优点是分辨率为846.3pm～2780.7pm，但缺点是不适合静态检测。

可调谐窄带光源/宽带接收法，据报道该方法最高分辨率可达到23pm，但泵浦光源需要大功率且易激发多模，降低了信噪比，不便复用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光纤位移传感器，

本发明的技术解决方案如下：

一种光纤位移传感器，其特征在于包括一半导体激光器，该半导体激光器通过光纤与波分复用器相连，该波分复用器的直通端与DFB光纤激光器连接，该波分复用器的输出端经光纤隔离器与固定F-P光谱分析装置相连。

所述的DFB光纤激光器用紫外硅胶封装在铝条上，再将该铝条沿待测物体的位移方向固定在待测物体上，或直接将所述的DFB光纤激光器沿待测物体的位移方向固定在待测物体上。

所述的物体长度的相对变化量由下式确定：

$\frac{\mathrm{\Δl}}{l}=\frac{\mathrm{\Δ\Λ}}{\mathrm{\Λ}}=\frac{\mathrm{\Δ\λ}}{\mathrm{\λ}}=\frac{\mathrm{\λ}}{C}\mathrm{\Δv}$

式中：l为待测物体的长度，Δl是待测物体的长度的变化，C为真空中的光速，Δv为用F-P干涉光谱分析装置读出的频率变化值，Δλ是DFB光纤激光器的波长变化量。若使用固定F-P干涉仪的光谱分辨率约为10MHz。取Δv＝10MHz。系统中激光运行波长约为1053nm。代入上述公式计算，得到物体长度的相对变化量的探测精度为0.03pm。

所本发明的优点：

本发明传感器中，DFB激光器本身被作为传感探测头，激光器运行于单纵模状态，激光线宽约为60KHZ，因此具有：探测精度高、光信号强(激光器的最大输出功率为10mW)、信躁比高、可远程监控等优点且最高分辨率可达到0.03pm。

附图说明

图1是本发明光纤位移传感器的结构示意框图。

具体实施方式

先请参阅图1，图1是本发明光纤位移传感器的结构示意框图，由图可见，本发明光纤位移传感器，其构成为：一半导体激光器5通过光纤与波分复用器6相连，该波分复用器6的直通端与1053nm的DFB光纤激光器4连接，该波分复用器6的输出端经光纤隔离器7与固定F-P光谱分析装置8相连，所述的DFB光纤激光器4用紫外硅胶3封装在铝条2上。

使用时，我们把一10cm长掺Yb光纤DFB光纤激光器4的两端用紫外硅胶3固定在一需探测其长度变化的物体1上。当物体长度发生变化时，将使DFB光纤激光器的运行波长发生变化。使用固定F-P光谱分析装置8可观测出激光器运行波长的变化值，利用下列公式可推算出物体长度的变化值。物体长度的相对变化量由下式确定：

$\frac{\mathrm{\Δl}}{l}=\frac{\mathrm{\Δ\Λ}}{\mathrm{\Λ}}=\frac{\mathrm{\λ}}{C}\mathrm{\Δv}$ $\mathrm{\Δ\λ}=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{C}\mathrm{\Δv}$

式中：C为真空中的光速，Δv为用F-P干涉仪光谱分析装置读出的频率变化值。

本发明光纤位移传感器的探测精度如下确定：

所使用固定F-P干涉仪的光谱分辨率约为10MHz。取Δv＝10MHz。系统中激光运行波长约为1053nm。代入上述公式计算，得到物体长度的相对变化量的探测精度为0.03pm。

本发明的优点是具有探测精度高、光信号强(激光器的最大输出功率为10mW)、信躁比高、可远程监控等优点且最高分辨率可达到0.03pm。

Claims (3)

1、一种光纤位移传感器，其特征在于包括一半导体激光器(5)，该半导体激光器(5)通过光纤与波分复用器(6)相连，该波分复用器(6)的直通端与DFB光纤激光器(4)连接，该波分复用器(6)的输出端经光纤隔离器(7)与固定F-P光谱分析装置(8)相连。

2、根据权利要求1所述的光纤位移传感器，其特征在于所述的DFB光纤激光器(4)用紫外硅胶(3)封装在铝条(2)上，再将该铝条(2)沿待测物体的位移方向固定在待测物体(1)上，或直接将所述的DFB光纤激光器(4)沿待测物体的位移方向固定在待测物体(1)上。

3、根据权利要求2所述的光纤位移传感器，其特征在于所述的物体长度的相对变化量由下式确定：

$\frac{\mathrm{\Δl}}{l}=\frac{\mathrm{\Δ\Λ}}{\mathrm{\Λ}}=\frac{\mathrm{\Δ\λ}}{\mathrm{\λ}}=\frac{\mathrm{\λ}}{C}\mathrm{\Δv}$

式中：l为待测物体的长度，Δl是待测物体的长度的变化，C为真空中的光速，Δv为用F-P干涉光谱分析装置(8)读出的频率变化值，Δλ是DFB光纤激光器(5)的波长变化量。

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