CN102261978A - 基于双芯双孔光纤实现液压传感的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于双芯双孔光纤实现液压传感的方法及装置。目前利用光纤实现液压传感存在灵敏度低、传感光纤过长等问题。本发明中的宽带光源的输出端口和一段单模光纤的输入端口光纤连接;该段单模光纤的输出端口和双芯双孔光纤的输入端口连接;双芯双孔光纤的输出端口和另一段单模光纤的输入端口连接;单模光纤的输出端口和光谱分析仪的输入端口光纤连接。本发明方法是将双芯双孔光纤置于测量环境中,通过光谱分析仪测量透射光谱的波长漂移可确定施加在双芯双孔光纤上的液压。本发明具有不受电磁干扰、可以实现远距离传感、价格低廉、结构紧凑、高灵敏度本等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域,特别涉及了一种基于双芯双孔光纤检测液压信号的方法,以及实现该方法的装置。
背景技术
由于光纤不仅可以作为光波的传输媒质,而且当光波在光纤中传输时,其特征参量振幅、相位、偏振态、波长等会因外界因素如温度、压力、应变、磁场、电场、位移等值接或间接地发生变化,从而可将光纤用作传感元件探测物理量。光纤传感技术就是利用光纤对某些物理量敏感的特性,将外界物理量转换成可以直接测量的信号的技术。光纤传感技术是光学领域最为重要的传感技术之一,已经被广泛应用于生物、医学、航天、航空、机械、石化、建筑、高铁、桥梁、国防工业等领域。
利用光纤传感技术实现温度、应力、折射率等物理量的检测已经比较成熟,而实现液压传感的技术相对不成熟。目前实现液压传感的光纤传感技术有光纤布拉格光栅液压传感技术和特种光纤液压传感技术。前者需要在普通单模光纤上写入光纤布拉格光栅,利用光纤布拉格光栅对液压的波长漂移检测实现液压传感。由于光纤布拉格光栅对液压影响不灵敏,该技术方案存在着低灵敏度的缺点。目前有关特种光纤液压传感技术的报道主要是利用现有商用的光子晶体光纤来实现液压传感,存在着灵敏度低、传感光纤过长等缺点。因此,发明一种基于光纤、价格低廉、结构紧凑、高灵敏度的液压传感方法及装置具有重要意义。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足,提出了一种基于双芯双孔光纤的检测液压信号的方法,同时提供了实现该方法的装置。
本发明的方法包括以下步骤:
步骤(1)选择一个输出波长覆盖1525nm至1560nm宽带光源、两段工作在1550nm波段的单模光纤、一段双芯双孔光纤和一个工作波长覆盖1525nm至1560nm的光谱分析仪;
步骤(2)将宽带光源的输出端口和一段单模光纤的输入端口光纤连接;将该单模光纤的输出端口和双芯双孔光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,该单模光纤的纤芯和双芯双孔光纤的一个纤芯对接;将双芯双孔光纤的输出端口和另一段单模光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,双芯双孔光纤的另一个纤芯和这一段单模光纤的纤芯对接;将单模光纤的输出端口和光谱分析仪的输入端口光纤连接;
步骤(3)将双芯双孔光纤置入需要测量液压的液体环境。双芯双孔光纤横截面中有两个中心距为H(10~30微米)的纤芯和两个中心距为L(50~100微米)的空气孔,纤芯圆心之间的连线与空气孔圆心之间的连线正交,空气孔的大小为D(30~50微米),双芯双孔光纤的外径和单模光纤的外径一样,双芯双孔光纤两个纤芯的尺寸、掺杂浓度和单模光纤纤芯一样。双芯双孔光纤有奇模和偶模两个模式,它们的有效折射率差 是外加在双芯双孔光纤上的液压和工作波长的函数。根据耦合模理论,当宽带光注入长度为的双芯双孔光纤的一个纤芯的时候,从另外一个纤芯出来的透射光谱为:
其中K为常数,可以利用透射光谱计算出来。因此,可以通过测量透射光谱的波长漂移来确定施加在双芯双孔光纤上的液压。
实现本发明方法的装置包括一个宽带光源、两段单模光纤、一段双芯双孔光纤和一个光谱分析仪。宽带光源的输出端口和一段单模光纤的输入端口光纤连接;该段单模光纤的输出端口和双芯双孔光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,该段单模光纤的纤芯和双芯双孔光纤的一个纤芯对接;双芯双孔光纤的输出端口和另一段单模光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,双芯双孔光纤的另一个纤芯和这一段单模光纤的纤芯对接;单模光纤的输出端口和光谱分析仪的输入端口光纤连接。
本发明主要适用于测量液体中的液压,利用了双芯双孔光纤输出光谱随液压变化的特性,通过输出光谱的波长漂移来确定液压数值大小,实现了液压传感。由于采用光纤作为传感介质,本发明具有不受电磁干扰、可以实现远距离传感、价格低廉、结构紧凑、高灵敏度本等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为双芯双孔光纤截面示意图;
图3为利用本发明装置测量所得的结果示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示,基于双芯双孔光纤实现液压传感的装置包括一个宽带光源1、一段单模光纤2、一段双芯双孔光纤3、另一段单模光纤4和一个光谱分析仪5。
将宽带光源1的输出端口和单模光纤2的输入端口光纤连接;将单模光纤2的输出端口和双芯双孔光纤3的输入端口以光纤熔接方式连接,单模光纤2的纤芯和双芯双孔光纤3的一个纤芯对接;将双芯双孔光纤3的输出端口和另一段单模光纤4的输入端口以光纤熔接方式连接,双芯双孔光纤3的另一个纤芯和单模光纤4的纤芯对接;将单模光纤4的输出端口和光谱分析仪5的输入端口光纤连接。双芯双孔光纤3的横截面6中在正交方向上有两个距离为H(10~30微米)的纤芯,其尺寸大小、折射率与单模光纤纤芯一致;双芯双孔光纤3的横截面6中在水平方向上有两个距离为L(50~100微米)的空气口,其直径为D(30~50微米)。
利用该检测装置的液压传感方法包括以下步骤:
(1) 选择一个输出波长覆盖1525nm至1560nm宽带光源1、一段工作在1550nm波段的单模光纤2、一段工作在1550nm波段的双芯双孔光纤3、一段工作在1550nm波段的单模光纤4和一个工作波长覆盖1525nm至1560nm的光谱分析仪5。
(2) 将宽带光源1的输出端口和单模光纤2的输入端口光纤连接;将单模光纤2的输出端口和双芯双孔光纤3的输入端口以光纤熔接方式连接,单模光纤2的纤芯和双芯双孔光纤3的一个纤芯对接;将双芯双孔光纤3的输出端口和另一段单模光纤4的输入端口以光纤熔接方式连接,双芯双孔光纤3的另一个纤芯和单模光纤4的纤芯对接;将单模光纤4的输出端口和光谱分析仪5的输入端口光纤连接。
(3) 将双芯双孔光纤3置入需要测量液压的液体环境。开启宽带光源1,从双芯双孔光纤输出的透射光谱为:
本发明利用了近年来刚刚被发展起来的特种光纤技术,通过设计合理的双芯双孔光纤,利用其模式耦合对液压敏感的特性,提出了光纤液压传感的新技术方案。本发明采用光纤作为传感介质,具有不受电磁干扰、可以实现远距离传感、价格低廉、结构紧凑、高灵敏度本等优点。
Claims (2)
1.基于双芯双孔光纤实现液压传感的方法,其特征在于该方法包括如下步骤:
步骤(1)选择一个输出波长覆盖1525nm至1560nm宽带光源、两段工作在1550nm波段的单模光纤、一段双芯双孔光纤和一个工作波长覆盖1525nm至1560nm的光谱分析仪;
步骤(2)将宽带光源的输出端口和一段单模光纤的输入端口光纤连接;将该单模光纤的输出端口和双芯双孔光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,该单模光纤的纤芯和双芯双孔光纤的一个纤芯对接;将双芯双孔光纤的输出端口和另一段单模光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,双芯双孔光纤的另一个纤芯和这一段单模光纤的纤芯对接;将单模光纤的输出端口和光谱分析仪的输入端口光纤连接;
步骤(3)将双芯双孔光纤置入需要测量液压的液体环境,双芯双孔光纤有奇模和偶模两个模式,它们的有效折射率差 是外加在双芯双孔光纤上的液压和工作波长的函数,根据耦合模理论,当宽带光注入长度为的双芯双孔光纤的一个纤芯的时候,从另外一个纤芯出来的透射光谱为:
其中K为常数,可以利用透射光谱计算出来,因此,可以通过测量透射光谱的波长漂移来确定施加在双芯双孔光纤上的液压。
2.实现权利要求1所述方法的装置,包括一个宽带光源、两段单模光纤、一段双芯双孔光纤和一个光谱分析仪,其特征在于:宽带光源的输出端口和一段单模光纤的输入端口光纤连接;该段单模光纤的输出端口和双芯双孔光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,该段单模光纤的纤芯和双芯双孔光纤的一个纤芯对接;双芯双孔光纤的输出端口和另一段单模光纤的输入端口以光纤熔接方式连接,双芯双孔光纤的另一个纤芯和这一段单模光纤的纤芯对接;单模光纤的输出端口和光谱分析仪的输入端口光纤连接;
所述的双芯双孔光纤横截面中有两个中心距为10~30微米的纤芯和两个中心距为50~100微米的空气孔,纤芯圆心之间的连线与空气孔圆心之间的连线正交,空气孔的大小为30~50微米,双芯双孔光纤的外径和单模光纤的外径一样,双芯双孔光纤两个纤芯的尺寸、掺杂浓度和单模光纤纤芯一样。
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