CN202133678U - 一种基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器。HiBi-PCF(4)和悬臂梁(3)的一端同时与基座(2)固定连接，另一端与质量块(5)固定连接，整条HiBi-PCF(4)粘贴在悬臂梁(3)的侧面上。当有加速度时，HiBi-PCF(4)被拉伸或压缩，引起FLM谐振波谷的移动，进而可测得当前的加速度。本实用新型中采用对温度不敏感的高双折射光子晶体光纤，安全可靠，解决了温度和对加速度传感器的干扰；DFB激光器(11)及光功率计(12)的使用，取代了价格昂贵的宽带光源及光谱仪，大大降低了成本。本实用新型精度高、对温度不敏感、可靠性好、体积小、结构简单、成本低，大大增强了加速度传感器的实用性。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器。
背景技术
加速度在生产生活中是一个重要的基本物理参量。对加速度的测量，在复合高分子材料制作、玻璃生产及加工、太阳能电池生产、航空航天监测等众多重要领域有广泛的应用。
目前，采用光纤光栅传感器测量加速度比较常见。这种传感器应用悬臂梁结构作为光纤光栅的承载装置，当悬臂梁自由端发生振动时，应变会随着振动传递到光纤光栅上，从而改变光纤光栅的反射峰的位置。虽然这种加速度传感器的灵敏度较高，但需要复杂的温度补偿装置，且加速度的测量范围有限。
在上述的研究中，现有技术无法解决加速度传感器安全可靠、精确测量及装置复杂等问题，从而大大降低了加速度传感器的实用价值。
由于高双折射的光子晶体光纤(highly birefringent photonic crystalfiber，HiBi-PCF)只由一种物质构成，所以HiBi-PCF具有极高的温度稳定性。目前，基于HiBi-PCF-FLM的传感器已有较广泛的应用，但是基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器还没有被人们注意、开发研究较少。
发明内容
本发明之目的：本发明之目的是针对现有加速度传感器的不足，提出了一种基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器。
为了实现上述本发明目的，拟采用以下技术：
本发明的特征在于：一种基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器包括箱体、基座、悬臂梁、HiBi-PCF、质量块、光纤入口、光纤出口、光纤、偏振控制器、3-dB耦合器、DFB激光器和光功率计。
箱体为中空的立方体结构，在箱体内的一个侧壁居中位置固定设置基座，该壁靠近底部的位置开有一个光纤入口，在箱体的底部开有一个光纤出口。HiBi-PCF和悬臂梁的一端同时与基座固定连接，另一端与质量块固定连接，整条HiBi-PCF粘贴在悬臂梁的侧面上。同时HiBi-PCF的两端通过光纤由内向外分别穿过光纤入口和光纤出口，光纤入口和光纤出口密封设置，箱体内填充有阻尼液。3-dB耦合器一边的两个端口分别与DFB激光器以及光功率计光纤连接，3-dB耦合器另一边的两个端口分别与偏振控制器的一端以及光纤出口光纤连接，偏振控制器的另一端与光纤入口光纤连接。3-dB耦合器、偏振控制器和HiBi-PCF构成FLM。
本发明的最大特点：
本发明中采用对温度不敏感的高双折射光子晶体光纤，安全可靠，解决了温度和对加速度传感器的干扰；DFB激光器及光功率计的使用，取代了价格昂贵的宽带光源及光谱仪，大大降低了成本；箱体内充满阻尼液防止加速度传感器在工作时因为振幅过大而导致的传感器部件损坏，延长了加速度传感器的使用寿命。本发明精度高、对温度不敏感、可靠性好、绝缘性好、抗电磁干扰、响应快、体积小、结构简单、成本低，因此增强了加速度传感器的实用性。
附图说明
图示意了本发明的结构。
1：箱体；2：基座；3：悬臂梁；4：HiBi-PCF；5：质量块；6：光纤入口；7：光纤出口；8：光纤；9：偏振控制器；10：3-dB耦合器；11：DFB激光器；12：光功率计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如附图所示，箱体1为中空的立方体结构，在箱体1内的一个侧壁居中位置固定设置基座2，该壁靠近底部的位置开有一个光纤入口6，在箱体1的底部开有一个光纤出口7。HiBi-PCF 4和悬臂梁3的一端同时与基座2固定连接，另一端与质量块5固定连接，整条HiBi-PCF 4粘贴在悬臂梁3的侧面上。同时HiBi-PCF 4的两端通过光纤8有内向外分别穿过光纤入口6和光纤出口7，光纤入口6和光纤出口7密封设置，箱体1内填充有阻尼液。
3-dB耦合器10一边的两个端口分别与DFB激光器11以及光功率计12光纤8连接，另一边的两个端口分别与偏振控制器9的一端以及光纤出口7光纤8连接，偏振控制器9的另一端与光纤入口6光纤8连接。3-dB耦合器10、偏振控制器11和HiBi-PCF 4构成FLM。
本发明基于以下原理：当入射光为宽带光时，由3-dB耦合器10分为两个反向传输的光信号分别从HiBi-PCF 4两端入射，其中由偏振控制器9控制光信号的偏振态。两束光经过HiBi-PCF 4后产生相位延迟δ，当它们重新入射3-dB耦合器10时发生相干，在FLM透射谱上表现为梳状滤波的特性。当有水平向右的加速度时，质量块5拉伸悬臂梁3和HiBi-PCF 4；当有水平向左的加速度时，质量块5压缩悬臂梁3和HiBi-PCF 4。这种作用产生的形变引起弹光效应和HiBi-PCF 4的长度变化，改变了两束光的相位延迟δ，从而引起FLM谐振波谷的移动。DFB激光器11产生的DFB激光为窄带光，当以DFB激光作为入射光时，FLM谐振波谷的移动可通过检测DFB激光波长的光强度变化来反映。最终得到加速度的变化量，测得当前的加速度。
Claims (2)
1.一种基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器，其特征在于：箱体(1)为中空的立方体结构，在箱体(1)的一个侧壁的内侧居中位置固定设置基座(2)，靠近底部的位置开有一个光纤入口(6)，在箱体(1)的底部开有一个光纤出口(7)，HiBi-PCF(4)和悬臂梁(3)的一端同时与基座(2)固定连接，另一端与质量块(5)固定连接，整条HiBi-PCF(4)粘贴在悬臂梁(3)的侧面上，同时HiBi-PCF(4)的两端通过光纤(8)分别穿过光纤入口(6)和光纤出口(7)，光纤入口(6)和光纤出口(7)密封设置，箱体(1)内填充有阻尼液。
2.一种如权利要求1所述的基于高双折射光子晶体光纤的加速度传感器，其特征在于：3-dB耦合器(10)一边的两个端口分别与DFB激光器(11)以及光功率计(12)光纤(8)连接，3-dB耦合器(10)的另一边两个端口分别与偏振控制器(9)的一端以及光纤出口(7)光纤(8)连接，偏振控制器(9)的另一端与光纤入口(6)光纤(8)连接。
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| CN103323621A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-25 | 南京邮电大学 | 一种全方位悬臂梁光纤加速度传感器装置 |
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