CN104406573A - 一种基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器 - Google Patents

一种基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器 Download PDF

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李晶
裴丽
宁提纲
简伟
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Abstract

基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器，涉及光纤传感领域。具体连接方式为：单模光纤(311)、(312)分别与无涂覆无芯光纤(32)的两端相连接，构成以无芯光纤为基础的干涉仪。把干涉仪封装在带密封腔的封装体(33)中，封装体底面(36)为标准水平面。干涉仪倾斜地置于密封腔(34)中部，当封装体底面(36)与水平面平行时，无芯光纤(32)的一半没于液面(38)之下。该液体折射率低于无芯光纤(32)。本发明无需使用悬臂梁和(或)垂摆，并能够同时测量倾角的大小和方向。无需特殊的光纤器件，仅依靠最简单的无芯光纤干涉仪实施探测。本发明重复性好，性能稳定，结构简洁，成本极低，在倾角实时测量方面有良好的应用前景。

Description

一种基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器
技术领域
本发明涉及一种基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器传感结构,光纤传感领域。
背景技术
传统的倾斜角度测量方法主要分为机械测量、电磁测量和光学测量三类。其中机械测量方法自动化程度低，电磁测量方法看电磁干扰能力差，因此这两类传感器在实际使用中受到明显的限制。相比之下，光学测量方法具有绝缘、抗电磁干扰、自动化程度高等优点，具有良好的应用前景。
实施倾角传感的光纤传感器目前主要以光纤光栅及其扩展结构作为探测元件，需要结合悬臂梁及(或)垂摆，把倾角转化为形变，然后通过对形变的探测实现倾角传感。现有的倾角光纤传感器虽然具有光纤传感器的普遍优点，例如绝缘、抗电磁干扰，但结构复杂，易损坏，一体化程度极低。
此外，上述光纤倾角传感器仅能实现倾角大小的测量，无法判断倾角方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有倾角光纤传感器依赖悬臂梁及(或)垂摆的问题；现有光纤倾角传感器仅能测量倾角大小，无法判断倾角方向的问题。
本发明的技术方案：
基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器，其特征在于：该器件包括：单模光纤、无芯光纤、带有密封腔的封装体、未充盈密封腔的液体。该液体的折射率低于无芯光纤所用的材料。
具体连接方式为：单模光纤的一端与无芯光纤的一端相连，无芯光纤的另一端与另一根单模光纤的一端相连。该结构构成基于无芯光纤的马赫-曾德尔干涉仪。该干涉仪倾斜地置于密封腔中部，密封腔中的液体没过无芯光纤的一半。
本发明的有益效果具体如下：
本发明无需特殊的光纤器件，仅依靠最简单的无芯光纤干涉仪实施探测。本发明不仅能测量倾角大小，还能判断倾角方向。本发明重复性好，性能稳定，结构简洁，成本极低，在倾角的实时测量方面有良好的应用前景。
附图说明
图1为单模光纤的典型结构示意图。
图2为无芯光纤的典型结构示意图。
图3为密封腔截面为矩形的基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器。
图4为密封腔截面为弓形的基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器。
图5为密封腔截面为椭圆形的基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述。
图1为常见的单模光纤横截面示意图，在包层12中心具有折射率略高于包层的纤芯11。图2为本发明所用的无芯光纤横截面示意图。无芯光纤21是一类极简结构的光纤，内部不带有纤芯，它实际上是一根匀质的导光纤维。市售无芯光纤通常还在无芯光纤外包覆聚合物涂覆。剥除涂覆后，无芯光纤以外界折射率较低的介质作为包层，共同构成光波导。
图3是本发明的一个应用实例。单模光纤311和另一根单模光纤312分别与一段无涂覆的无芯光纤32的两端相连接，该结构构成以无芯光纤为基础的马赫-曾德尔干涉仪。该干涉仪被封装在带有密封腔的封装体33中，封装体33的底面36为标准水平面。密封腔34中具有未充盈密封腔的液体35，该液体折射率低于无芯光纤32。干涉仪倾斜地置于密封腔34中部，当封装体底面36与水平面平行时，无芯光纤32的一半没于液面38之下。
单模光纤311、312的空余端分别为器件的输入输出端口。从光源输出的光经过其中一个端口进入器件，然后从另一个端口输出以进行分析。任一端口均可作为输入端，另一端对应成为输出端。当封装体底面36与水平面的倾角发生变化时，液面38随之发生变化，导致器件的输出特性发生相应变化。通过检测输出光的光谱，就可以判断对应的倾角大小和方向。
本实例中，密封腔34截面为矩形，密封腔底面37为平面。
图4是本发明的一个应用实例。密封腔44截面为弓形，密封腔底面47为圆柱面的一部分。
图5是本发明的一个应用实例。密封腔54截面为椭圆形，密封腔底面57为椭圆柱面。

Claims (2)

1.基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器，其特征在于：该器件包括：单模光纤(311)、(312)、无芯光纤(32)、带有密封腔的封装体(33)、未充盈密封腔的液体(35)。该液体的折射率低于无芯光纤所用的材料；
具体连接方式为：单模光纤(311)、(312)分别与一段无涂覆的无芯光纤(32)的两端相连接，构成以无芯光纤为基础的马赫-曾德尔干涉仪。该干涉仪被封装在带有密封腔的封装体(33)中，封装体(33)的底面(36)为标准水平面，干涉仪倾斜地置于密封腔34中部，当封装体底面36与水平面平行时，无芯光纤32的一半没于液面38之下，该液体折射率低于无芯光纤32。
2.根据权利要求1所述的基于无芯光纤的可辨方向倾角传感器，其特征在于：当封装体底面36与水平面的倾角发生变化时，液面38随之发生变化，导致器件的输出特性发生相应变化，通过检测输出光的光谱，判断对应的倾角大小和方向。
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