CN204556142U - 一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置 - Google Patents

一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置 Download PDF

Info

Publication number
CN204556142U
CN204556142U CN201520189340.3U CN201520189340U CN204556142U CN 204556142 U CN204556142 U CN 204556142U CN 201520189340 U CN201520189340 U CN 201520189340U CN 204556142 U CN204556142 U CN 204556142U
Authority
CN
China
Prior art keywords
bragg grating
coupler
photo
optical fiber
microstress
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201520189340.3U
Other languages
English (en)
Inventor
汤国玉
徐晓峰
周微
谷志民
杨美超
解瑞军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201520189340.3U priority Critical patent/CN204556142U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN204556142U publication Critical patent/CN204556142U/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本实用新型一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，属于光纤传感技术领域。其结构有，广谱光源(1)通过光隔离器(2)与光耦合器(3)的1端口相连，光耦合器(3)的2端口通过布拉格光纤光栅FBG2与光谱仪(4)的相连，光耦合器(3)的4端口的输出光纤放入折射率匹配液(5)中，布拉格光纤光栅FBG1一端的光纤与光耦合器(3)的3端口相连，另一端的光纤与位于限位孔(8)中的传动杆(7)粘接，光纤夹具(6)和限位孔(8)通过左支撑杆(9)和右支撑杆(10)固定于水平放置的基座(11)上；本实用新型在FBG布拉格波长变化很小的情况下，实现高精度地测量微小应力，测量分辨率比传统技术提高数百倍。

Description

一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置。
背景技术
布拉格光纤光栅(FBG)因具有抗电磁干扰、耐化学腐蚀、传输损耗小、体积小重量轻、便于大规模生产等优点，而广泛应用于传感技术领域。目前，应力传感器在工程技术领域具有广泛应用。特别是在纳米粒子相互作用，细胞力学等新兴领域，对于微应力传感器具有迫切需求。现有技术中，几乎所有的FBG应力传感器的测量原理，都是基于应力引起的布拉格波长的移动。这种原理中，当应力过小，引起的布拉格波长的变化难以被分辨时，传感器就无法测量相应的应力了。这就限制了FBG应力传感器在微应力测量领域的应用。
因此，研制一种在FBG的布拉格波长变化很小时，就能够对微应力进行高精度测量的传感装置具有重大应用价值。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服背景技术存在的不足，提供一种在FBG布拉格波长变化很小时，能够对微应力进行高精度测量的传感装置。
上述的技术问题通过以下的技术方案实现：
一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其结构有，广谱光源1的输出端与光隔离器2的输入端相连，光隔离器2的输出端与光耦合器3的1端口相连，光耦合器3的2端口与布拉格光纤光栅FBG2的一端的光纤相连，布拉格光纤光栅FBG2的另一端的光纤与光谱仪4的输入端相连，光耦合器3的4端口的输出光纤放入折射率匹配液5中，布拉格光纤光栅FBG1一端的光纤被光纤夹具6固定，并与光耦合器3的3端口相连，另一端的光纤与传动杆7粘接，传动杆7位于轴向为水平方向的限位孔8中，限位孔8内壁涂有润滑油，使得传动杆7可在其中沿水平方向自由滑动，光纤夹具6和限位孔8分别通过左支撑杆9和右支撑杆10固定于水平放置的基座11上；所述的布拉格光纤光栅FBG1、FBG2的布拉格波长和反射谱均相同。
所述的光耦合器3的输出端功率分配比可以是任意比，优选50∶50。
所述的光纤夹具6可以夹住光纤，使光纤不能移动，优选光纤V型槽夹具。
所述的传动杆7优选圆柱体，所述的限位孔8优选带有圆柱形孔的柱体。
所述的折射率匹配液是指任何折射率与光纤相同的无色透明液体，优选甘油水溶液，其中甘油的体积分数为82.14％。
在光谱仪接收到的布拉格光纤光栅FBG2的透射谱中，在原布拉格波长两侧出现了两个峰，称为左峰和右峰，如附图2。当传动杆受外力作用向右移动时，布拉格光纤光栅FBG1就受到了轴向拉力作用，布拉格光纤光栅FBG2的透射光谱中的两个峰的功率也随之发生变化，右峰功率增加，左峰功率减小，以右峰功率和左峰功率的差值作为传感器输出值，来表征传动杆受到的轴向拉力。
有益效果：
1、在FBG布拉格波长变化很小的情况下，可实现峰值功率的大幅度变化，进而高精度地测量微小应力。
2、相较于传统的基于测量FBG布拉格波长变化的应力传感器，本实用新型在分辨率上提高了数百倍。
附图说明：
图1为本实用新型一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置的结构示意图。
图2为本实用新型一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置的输出光谱示意图。
图3为右峰和左峰的功率差随轴向拉力的变化关系图。
图4为布拉格波长的变化随轴向拉力的变化关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
实施例1
装置如附图1所示，布拉格光纤光栅FBG1和FBG2的布拉格波长均为λB＝1568nm，光耦合器3输出端功率分配比为50:50，光谱仪4波长分辨率为0.05nm，折射率匹配液5为甘油水溶液，其中甘油的体积分数为82.14％。布拉格光纤光栅FBG2的透射谱示意图如附图2所示，在原布拉格波长λB两侧产生了两个峰，右峰和左峰。当传动杆7受轴向拉力右移时，牵动布拉格光纤光栅FBG1使其受力，这会导致布拉格光纤光栅FBG2的透射谱中右峰功率增加，左峰功率减小。右峰和左峰的功率差与轴向拉力之间的关系如附图3所示。
实施例2
装置如附图1所示，用一段光纤替换掉布拉格光纤光栅FBG2，使光谱仪4和光耦合器3的2端口直接相连，在光谱仪中可以直接接收到布拉格光纤光栅FBG1的反射谱，测量其布拉格波长的变化。布拉格光纤光栅FBG1的布拉格波长的变化和轴向拉力之间的关系如附图4所示。
通过实施例1的测量结果图3可见，右峰功率和左峰功率的差值和轴向拉力呈现出良好的线性关系。可以测量微小应力，测力范围为0N—4.4×10-3N，精度高达1341dBm/N，分辨率为7.46×10-6N，是量程的0.17％。
通过实施例2的实验结果图4可见，在和实施例1同样的应力测量范围内，布拉格光纤光栅FBG1的布拉格波长变化只有10pm左右。而现有的光纤光谱仪的最小波长分辨率都在20pm左右，因此，传统的基于布拉格波长变化的FBG应力传感器无法测量这么小的应力变化。
通过对比实施例1和实施例2，我们可以清晰看出本实用新型，在传统的基于布拉格波长变化的FBG应力传感器难以测量的微小应力范围内，实现了功率值大幅度变化，进而高精度地测量微小应力。
目前，美国Ocean Optics公司生产的光纤光谱仪HR4000和日本YOKOGAWA公司生产的光纤光谱仪AQ6370C的波长分辨率都在0.02nm。若采用传统FBG应力传感器的测量原理，测量布拉格波长的变化，在实施例1所测的应力范围内，仅可以勉强测出几个数据点。而本实用新型在这个应力范围内却可以测出近600个数据点，在分辨率上提高了数百倍。

Claims (3)

1.一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其结构有，广谱光源（1）的输出端与光隔离器（2）的输入端相连，光隔离器（2）的输出端与光耦合器（3）的1端口相连，光耦合器（3）的2端口与布拉格光纤光栅FBG2的一端的光纤相连，布拉格光纤光栅FBG2的另一端的光纤与光谱仪（4）的输入端相连，光耦合器（3）的4端口的输出光纤放入折射率匹配液（5）中，布拉格光纤光栅FBG1一端的光纤被光纤夹具（6）固定，并与光耦合器（3）的3端口相连，另一端的光纤与传动杆（7）粘接，传动杆（7）位于轴向为水平方向的限位孔（8）中，限位孔（8）内壁涂有润滑油，使得传动杆（7）可在其中沿水平方向自由滑动，光纤夹具（6）和限位孔（8）分别通过左支撑杆（9）和右支撑杆（10）固定于水平放置的基座（11）上；所述的布拉格光纤光栅FBG1、FBG2的布拉格波长和反射谱均相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其特征在于，所述的光纤夹具（6）是光纤V型槽夹具。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其特征在于，所述的传动杆（7）是圆柱体，所述的限位孔（8）是带有圆柱形孔的柱体。
CN201520189340.3U 2015-03-31 2015-03-31 一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置 Expired - Fee Related CN204556142U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201520189340.3U CN204556142U (zh) 2015-03-31 2015-03-31 一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201520189340.3U CN204556142U (zh) 2015-03-31 2015-03-31 一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN204556142U true CN204556142U (zh) 2015-08-12

Family

ID=53831237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201520189340.3U Expired - Fee Related CN204556142U (zh) 2015-03-31 2015-03-31 一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN204556142U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106483199A (zh) * 2015-10-13 2017-03-08 北京信息科技大学 一种基于匹配布拉格光纤光栅的声发射信号检测系统
CN109883652A (zh) * 2019-03-29 2019-06-14 北京交通大学 基于qpm和bkc技术的光纤折射率与内应力测量装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106483199A (zh) * 2015-10-13 2017-03-08 北京信息科技大学 一种基于匹配布拉格光纤光栅的声发射信号检测系统
CN109883652A (zh) * 2019-03-29 2019-06-14 北京交通大学 基于qpm和bkc技术的光纤折射率与内应力测量装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102269573B (zh) 一种准分布式复合材料结构应变和温度检测系统
CN105928469B (zh) 一种高灵敏可判别弯曲方向的无温度交叉灵敏的光纤曲率传感器
CN203587059U (zh) 一种基于光纤光栅的位移传感器
CN201740734U (zh) 一种基于光纤布拉格光栅的折射率传感器
CN103528609A (zh) 复合干涉型的多参量光纤传感器
CN104316106A (zh) 一种基于马赫增德尔干涉和光纤布拉格光栅的光纤传感器
CN203587177U (zh) 光纤液位传感器
CN204556142U (zh) 一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置
CN103439765A (zh) 一种全光纤型多径干涉仪
CN104154883A (zh) 一种基于倾斜光纤光栅熔融拉锥结构的倾角测量传感器
CN103345020A (zh) 基于三芯光纤的马赫曾德干涉仪
CN104266668A (zh) 一种用于温度和曲率双参量测量的光纤传感器
CN102997848A (zh) 基于三芯单模光纤光栅的二维位移传感器
CN203083927U (zh) 基于单模-细芯-多模-单模结构的光纤折射率传感器
CN109186825B (zh) 一种光纤宏弯压力传感器及其测量系统
CN202433123U (zh) 一种采用长周期光纤光栅实时测试温度和折射率的装置
CN203396535U (zh) 一种具有温度补偿的光纤光栅压力传感器
CN103217251B (zh) 光纤光栅压力测量传感装置
CN201903554U (zh) 使用多模干涉sms结构作为边缘滤波器的fbg加速度传感器
CN201945404U (zh) 一种基于3°角倾斜mfbg的温度与折射率同时测量传感器
CN205175864U (zh) 一种基于双布拉格光纤光栅的液体密度传感装置
CN103278214B (zh) 保偏光纤布拉格光栅液位传感器
CN105466362A (zh) 一种基于相移光纤布拉格光栅的扭转传感器
CN102147362A (zh) 一种基于锥形腐蚀的温度自补偿fbg折射率传感器
CN201697934U (zh) 使用级联长周期光栅作为边缘滤波器的fbg加速度传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150812

Termination date: 20160331