CN112762861B - 多芯光纤感测组件及多芯光纤感测系统 - Google Patents

多芯光纤感测组件及多芯光纤感测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多芯光纤感测组件及多芯光纤感测系统，是在一多芯光纤的前端研磨形成一发射接收部，在该发射接收部的周围形成一环绕该多芯光纤轴心线的斜锥面，使该轴心线与该斜锥面分别产生干涉，该发射接收部的前端为尖端或垂直面；当本发明使用时，先将该发射接收部对准反射镜，在该多芯光纤感测组件的后端连接一光纤耦合器，再以该光纤耦合器结合一光谱仪以及一光源，通过观察该多芯光纤偏摆弯曲特定角度时，由该反射镜反射回该发射接收部，再由该光谱器接收、显示的反射光频谱的波长飘移变化，在之后对待测物的感测中以反射光波长的飘移变化反推该待测物偏摆弯曲的角度。

Description

多芯光纤感测组件及多芯光纤感测系统
技术领域
本发明涉及一种量测物体状态改变的光学组件，尤其涉及一种用于量测物体一端偏摆角度改变的多芯光纤感测组件及多芯光纤感测系统。
背景技术
现有光电测量悬臂梁端部偏摆角度的系统，是以分别的发送端以及接收端进行量测，以该发送端向该悬臂梁发出光波后，由该接收端接收由该悬臂梁表面反射的反射光，以该反射光的波长飘移变化反推出该悬臂梁的偏摆角度。
上述量测悬臂梁的系统，由于需要使用发送端以及接收端两个各别的传感器来发出光波与接收反射光，因此用于量测悬臂梁偏摆角度时的设置比较麻烦，需要两个传感器也使得设置系统的费用较高。
发明内容
为了解决上述现有量测悬臂梁偏摆角度的系统需要使用发送端与接收端的缺点，本发明以多芯光纤研磨制作出单一组件就能够达到发光与接收反射光功能的传感器，用此传感器配合光谱仪与光源能用于量测待测物偏摆的角度或待测物偏摆震动的频率。
为达到上述发明目的，本发明提出一种多芯光纤感测组件，设有一多芯光纤，在该多芯光纤的前端研磨形成一发射接收部，在该发射接收部的周围形成一环绕该多芯光纤轴心线的斜锥面，使该轴心线与该斜锥面分别产生干涉，该发射接收部的前端为尖端或垂直面。
进一步，本发明所述斜锥面与所述多芯光纤的轴心线的垂直面的夹角为 20度角至70度角，所述发射接收部沿该轴心线方向的长度为23um至195um。
更进一步，本发明在所述多芯光纤的后端同轴地熔接一单模光纤。
本发明并以上述多芯光纤感测组件组成一种多芯光纤感测系统，包括一光纤耦合器以及分别连接在该光纤耦合器的一多芯光纤感测组件、一光谱仪，以及一光源，其中：
该多芯光纤感测组件设有一多芯光纤，在该多芯光纤的前端研磨形成一发射接收部，在该发射接收部的周围形成一环绕该多芯光纤轴心线的斜锥面，使该轴心线与该斜锥面分别产生干涉，该发射接收部的前端为尖端或垂直面，该多芯光纤感测组件以后端连接该光纤耦合器。
进一步，本发明所述斜锥面与所述多芯光纤的轴心线的垂直面的夹角为 20度角至70度角，所述发射接收部沿该轴心线方向的长度为23um至195um。
更进一步，本发明在所述多芯光纤的后端同轴地熔接一单模光纤，以该单模光纤的后端连接所述光纤耦合器。
较佳的，本发明所述光源是超辐射发光二极管并且光源的波长为1250nm 至1650nm。
较佳的，本发明所述光纤耦合器是50:50耦合比的3db耦合器。
较佳的，本发明所述多芯光纤是七芯光纤。
本发明使用时，是将所述多芯光纤感测组件、光谱仪，以及一光源分别连接至一光纤耦合器，将所述多芯光纤的后端固定在夹具上，将该发射接收部对准一反射镜，接着开启光源，以垂直该多芯光纤轴心线的施力持续施加在该多芯光纤的前侧，使该多芯光纤的前端偏摆弯曲特定角度，光源发出的光束经过该光纤耦合器再由该发射接收部射出至反射镜的表面反射，当反射光反射至该光谱仪时，在该光谱仪上显示出波长的频谱，测定出偏摆角度与反射光波长飘移程度的对应关系。
此外，当所述多芯光纤感测组件感测的待测物，例如悬臂梁的一端产生偏摆的震动时，由该待测物一端反射的反射光能由该光谱仪读取到变化的信号，将此信号做傅力叶转换可以得到相对应的频率，得到该待测物偏摆震动的频率。
本发明的有益效果在于：
该多芯光纤感测组件的该发射接收部是由多芯光纤的前端研磨形成，除了能够发出光束以外，也能同时接收反射光，因此以该多芯光纤感测组件组成的感测系统只要使用一个感测组件，就能用于量测待测物的偏摆弯曲或偏摆震动的频率，使用上比较经济且设置系统时比较方便。
附图说明
图1为本发明较佳实施例系统的示意图；
图2为本发明较佳实施例系统的测定示意图；及
图3为本发明较佳实施例测定时弯曲5度角的反射强度光谱图；
图4为本发明较佳实施例测定时弯曲10度角的反射强度光谱图；
图5A至图5D为本发明其他较佳实施例的发射接收部的示意图。
附图标记说明：
光纤耦合器A、多芯光纤感测组件10、多芯光纤11、发射接收部12、斜锥面121、尖端122、垂直面123、单模光纤13、光谱仪20、光源30、反射镜40、夹具41、推杆42。
具体实施方式
请参看图1所示的本发明较佳实施例，本发明是一种多芯光纤感测系统，包括一光纤耦合器A以及分别连接在该光纤耦合器A的一多芯光纤感测组件 10、一光谱仪20(OSA)，以及一光源30，其中：
该光纤耦合器A是采用50:50耦合比的3db耦合器。
该多芯光纤感测组件10设有一多芯光纤11，在本较佳实施例中该多芯光纤11是采用七芯光纤，在该多芯光纤11的前端研磨形成一发射接收部12，在该发射接收部12的周围形成一环绕该多芯光纤11轴心线的斜锥面121，使该轴心线与该斜锥面121分别产生干涉，该斜锥面121与该多芯光纤11的轴心线的垂直面的夹角为20度角至70度角，在本较佳实施例中的夹角为41.97 度角，该发射接收部12沿该轴心线方向的长度L为23um至195um，该发射接收部12的前端为一尖端122，选择性的在该多芯光纤11的后端同轴地熔接一单模光纤13，以该单模光纤13的后端连接所述的光纤耦合器A。
该光源30是采用超辐射发光二极管(SLD)的光源，在本较佳实施例中该光源30发出光线的波长为1250nm至1650nm。
本发明的系统用于量测待测物的偏摆弯曲角度时，需要先测定该多芯光纤感测组件10的光学特性，如图2所示是设置一反射镜40，将该多芯光纤感测组件10的后端固定在一夹具41上，将该发射接收部12悬空并对准该反射镜40，该反射镜40的镜面与该多芯光纤11的轴心线垂直。测定时开启该光源30，同时以垂直该多芯光纤11轴心线运动的推杆42施力，持续施加在该多芯光纤11的前侧，使该多芯光纤11的前端偏摆弯曲特定的角度。
请参看图2至图3所示，当该多芯光纤感测组件10承受外力而偏摆弯曲 5度角时，光源30发出的光束经过该光纤耦合器A再由该发射接收部12射出至该反射镜40的表面反射，当反射光反射至该光谱仪20时，在该光谱仪 20上显示出反射光的波长频谱，由图3中所述多芯光纤感测组件10弯曲角度 5度角与多芯光纤感测组件10未弯曲时的反射光波长频谱比较，可知弯曲5 度角的多芯光纤感测组件10的反射光的能量有损耗且波长产生了飘移，飘移量为1.8nm；请参看图4，图中所示则是所述多芯光纤感测组件10弯曲角度 10度角与多芯光纤感测组件10未弯曲时的反射光波长频谱比较，弯曲10度角的多芯光纤感测组件10的波长产生了2nm的飘移。
通过重复上述该多芯光纤感测组件10不同弯曲角度对应反射光的波长显示在该光谱仪20的不同飘移距离的实验，测定出所述多芯光纤感测组件10 偏摆角度与反射光波长飘移程度的对应关系，当该多芯光纤感测组件10用于量测待测物时，例如量测悬臂梁一端偏摆弯曲的角度时，即可由该光谱仪20 读取到的波长飘移的距离反推该悬臂梁的偏摆弯曲角度。
本发明上述的多芯光纤感测系统也可以用来感测待测物偏摆震动的频率，当本系统以该多芯光纤感测组件10感测待测物例如悬臂梁的一端时，若该悬臂梁产生连续的偏摆震动，该光谱仪20能由该悬臂梁表面反射的反射光读取到不断改变的反射光波长飘移的信号，这时将该信号做傅立叶变换，即可得到相对应的频率。
本发明除上述较佳实施例，该发射接收部12的前端为一尖端122以外，请参看图5A至图5D所示的其他较佳实施例，该发射接收部12可以是其他锥形的形状，并且随着斜锥面122与该多芯光纤11的轴心线的垂直面的夹角变化，配合不同的该发射接收部12沿该轴心线方向的长度L，如图5B所示，该发射接收部12的前端也可以是一垂直面123。本发明将该多芯光纤感测组件10前端的发射接收部12设为锥形，相较于多芯光纤11前端为平面的感测器在量测时，具有更密的自由频谱范围(FSR)，能提高该多芯光纤感测组件 10的灵敏度(FSR越密集的传感器的灵敏度越高)，适合用于感测待测物的微小角度偏摆或震动。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明主张的权利范围，凡其它未脱离本发明所揭示的精神所完成的等效改变或修饰，均应包括在本发明的主张范围内。

Claims (7)

1.一种多芯光纤感测组件，其特征在于，设有一多芯光纤，在该多芯光纤的前端研磨形成一发射接收部，在该发射接收部的周围形成一环绕该多芯光纤轴心线的斜锥面，使该轴心线与该斜锥面分别产生干涉，该发射接收部的前端为尖端或垂直面；所述斜锥面与所述多芯光纤的轴心线的垂直面的夹角为20度角至70度角，所述发射接收部沿该轴心线方向的长度为23um至195um。
2.如权利要求1所述多芯光纤感测组件，其特征在于，在所述多芯光纤的后端同轴地熔接一单模光纤。
3.一种多芯光纤感测系统，其特征在于，包括一光纤耦合器以及分别连接在该光纤耦合器的一多芯光纤感测组件、一光谱仪，以及一光源，其中：
该多芯光纤感测组件设有一多芯光纤，在该多芯光纤的前端研磨形成一发射接收部，在该发射接收部的周围形成一环绕该多芯光纤轴心线的斜锥面，使该轴心线与该斜锥面分别产生干涉，该发射接收部的前端为尖端或垂直面，该多芯光纤感测组件以后端连接该光纤耦合器；所述斜锥面与所述多芯光纤的轴心线的垂直面的夹角为20度角至70度角，所述发射接收部沿该轴心线方向的长度为23um至195um。
4.如权利要求3所述多芯光纤感测系统，其特征在于，所述多芯光纤是七芯光纤。
5.如权利要求4所述多芯光纤感测系统，其特征在于，在所述多芯光纤的后端同轴地熔接一单模光纤，以该单模光纤的后端连接所述光纤耦合器。
6.如权利要求3至5中任一项所述多芯光纤感测系统，其特征在于，所述光源是超辐射发光二极管并且光源的波长为1250nm至1650nm。
7.如权利要求5所述多芯光纤感测系统，其特征在于，所述光纤耦合器是50:50耦合比的3db耦合器。
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