CN204269150U - 一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(fbg)融合的光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器。包括宽带光源、平移台、传感头、光谱仪。刻有光纤布拉格光栅的单模光纤熔接在两个光纤花生形结构之间，构成传感装置的传感头。传感头固定在两个平移台之间，传感头的一端与宽带光源相连，另一端与光谱仪相连。传感头的透射谱会随着外界的曲率和温度变化而变化，通过测量透射谱中谐振峰的变化，根据相应公式计算获得传感信息，本实用新型具有简单易携，方便实用的特点。

Description

一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器。

背景技术

光纤传感器相比于依靠电或者机械装备，具有抗电磁干扰，高灵敏度等优势，因此在生物，化学等多个领域获得高关注度。光纤曲率传感器也凭借它在弯曲测量领域的广泛应用拥有很高的关注度。科学家也应用不同的光纤设备设计出能够测量曲率的光纤传感器。

基于花生形结构和光纤布拉格光栅的可以同时测量曲率和温度的光纤传感器。移动平台使传感头产生微弯曲，导致纤芯与包层产生应变差Δε，

$\mathrm{\Δ\ϵ}=\frac{d}{R}$

其中d代表纤芯与包层的距离，R代表弯曲的圆弧半径。

由Δn_eff＝Δn⁰ _eff+kΔε

其中Δn_eff为弯曲后纤芯模和包层模之间的有效折射率差，Δn⁰ _eff为无弯曲纤芯模和包层模之间的的有效折射率差。

我们可以发现弯曲后有效折射率差也产生改变。有效折射率差的变化将会导致马赫曾德干涉仪的透射光谱产生漂移，漂移量即对应曲率变化。根据相关文献可知光纤布拉格光栅(FBG)对曲率变化不敏感。

根据公式Δλ_MZI＝k_C1c+k_T1ΔT

k_C1和k_T1分别为马赫曾德(MZI)干涉仪相对于曲率c和温度变化量ΔT的灵敏度。由光纤布拉格光栅(FBG)导致的波谷波长的漂移量为

Δλ_FBG＝k_C2c+k_T2ΔT

k_C2和k_T2分别为光纤布拉格光栅(FBG)干涉仪相对于曲率c和温度变化量ΔT的灵敏度。由于FBG透射谱的变化不受曲率影响，k_C2＝0。

曲率和温度的同时测量可以通过测量MZI波谷波长和光纤布拉格光栅(FBG)的透射光谱波谷的波长来实现。双参数测量可以以下面的矩阵形式表达

$\left[\begin{array}{c}C\\ \mathrm{\ΔT}\end{array}\right]=\frac{1}{k_{C1}{k}_{T2}{-k}_{C2}{k}_{T1}}\left[\begin{array}{c}{k}_{T2}-k_{T1}\\ -k_{C2}{k}_{C1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{MZI}}\\ {\mathrm{\Δ\λ}}_{\mathrm{FBG}}\end{array}\right]$

一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器，主要采用刻有光纤布拉格光栅的单模光纤熔接在两个光纤花生形结构之间所得，制作简单，成本低廉。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器，能够同时测量曲率和温度传感器的技术方案。

所述的一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器，其特征是包括宽带光源、平移台、传感头、光谱仪，刻有光纤布拉格光栅的单模光纤熔接在两个光纤花生形结构之间，构成传感装置的传感头。传感头固定在两个平移台之间，传感头的一端与宽带光源相连，另一端与光谱仪相连。

所述的一种基于花生形结构和光线布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器，其特征在于所述的传感头由光纤布拉格光栅和花生形结构组成，长度为2-4cm。

本实用新型专利的优点在于：利用花生形结构可以提高消光比，将更多的光耦合到包层，进而提高干涉条纹可见度。应用实验装置可以同时进行温度和曲率的测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型的传感探头示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进一步说明：

如图1所示，一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)的能够同时测量温度和曲率的传感器，包括宽带光源1、平移台2、传感头3、光谱仪4。传 感头3固定在两个平移台2之间，传感头3的一端与宽带光源1相连，传感头3的另一端与光谱仪4相连。如图2所示，刻有光纤布拉格光栅的单模光纤熔接在两个由单模光纤与单模光纤熔接的花生形结构之间，构成传感装置的传感头3。

本实用新型装置的工作方式为：光源发出的光经过第一个花生形结构时，一部分纤芯模式被耦合到包层，形成包层模式，另一部分延续纤芯模式，纤芯和包层模式经过第二个花生形结构，包层模式被耦合到纤芯，与纤芯模式发生干涉，在光谱分析仪中，能够看到在中心波长的透射谱。光纤布拉格光栅(FBG)使透射谱在其对应的布拉格波长处形成波谷，最终使透射谱在中心波长的波段上形成波谷。其中光线布拉格光栅(FBG)相当于带通滤波器的作用。

本实用新型能够实现曲率和温度测量的关键为：利用花生形结构熔接技术，大大提高消光比，将更多的光耦合到包层，从而提高干涉条纹的可见度。通过移动平台使传感头部分产生微弯曲，导致包层与纤芯均产生应变，但是他们应变不同，从而产生应变差，应变差的产生使得在弯曲后有效折射率差改变，进而导致马赫增德尔透射谱产生漂移，漂移量即对应曲率变化。曲率和温度的同时测量可以通过测量MZI波谷波长和FBG的透射光谱波谷的波长来实现，制作简单，成本低廉。

Claims (2)

1.一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器，其特征是包括宽带光源(1)、平移台(2)、传感头(3)、光谱仪(4)，刻有光纤布拉格光栅的单模光纤熔接在两个光纤花生形结构之间，构成传感装置的传感头(3)，所述的传感头(3)固定在两个平移台(2)之间，所述的传感头(3)一端与宽带光源(1)相连，另一端与光谱仪(4)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于花生形结构和光纤布拉格光栅(FBG)融合的光纤传感器，其特征在于所述的传感头(3)由光纤布拉格光栅和光纤花生形结构组成，长度为2-4cm。