CN205482803U - 一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，涉及光纤位移传感领域。包括光脉冲信号发生部分、位移传感部分和信号检测部分。利用坍塌熔接的方法，实现了单模‑空芯‑单模光纤传感结构，并将基于光纤模式干涉理论的单模‑空芯‑单模光纤传感结构与光纤环型腔衰荡技术相结合，实现光纤位移传感器灵敏度在现有基础上提高的同时增强了系统运行的稳定性，对光纤位移传感器的实用化研究具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感领域，具体涉及一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统。
背景技术
光纤传感技术即利用光纤进行传感待测量的技术，是传感技术领域的新兴成员，与传统传感技术相比具有无可比拟的优点，已被世界各国广泛关注和研究，光纤传感器种类众多，从其发展历史看主要分为两类：导光型和传感型，其中，导光型光纤传感器以光纤传输现有传感器的探测信息，光纤仅作为信息传输工具；传感型光纤传感器利用光波的强度、相位、和波长等参数随外界扰动而变化的特性来测量外界信息，光纤同时起到感应外界扰动和传输感应信息的作用。
光纤传感技术经过近几十年研究已取得长足发展，在科研、工控、医学、能源勘探和国防航天等领域中占有重要的一席之地，究其主要原因是光纤传感器具有以下独特的优势：
（1）以光纤传输光信息，其抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、防燃防爆、耐腐蚀，可方便有效应用于机电监控、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃、易爆的恶劣环境中；
（2）灵敏度和精度很高，响应速度快，已经证实目前已经提出的光纤传感器其灵敏度优于一般的传感器，且随着光纤制造工艺及激光微加工工艺的进步，光纤传感器向着更敏，更稳的方向发展；
（3）光纤一般为玻璃或塑料制成，其体积小、重量轻、可挠曲，便于将光纤制成不同形状、尺寸的传感器，应用于航空航天领域、狭窄空间以及生物内窥镜领域；
（4）便于复用、成网，可构成分布式传感网络并与现有的光通信网络组成遥测网；
（5）对被测对象影响小，可用于医药、卫生等领域；
（6）测量对象广泛，遍及物理化学生物等方面，如测量应变、温度、折射率、加速度、位移、辐射、磁场、液位等物理量的光纤传感器，测量气体、液体种类和浓度的光纤化学传感器以及测量蛋白质种类、含量的光纤生物传感器等。
工业生产各个领域中需要监测位移，尤其是高精度高灵敏度的微位移测量，光纤传感技术以其高灵敏度、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、体积小，重量轻等众多独特优点已被广泛应用于生产生活中，一系列光纤微位移传感器应运而生，我们通过大量的文献调研，将目前主要的光纤微位移传感器进行分类，按其解调方式可分为：强度解调型和波长解调型；按传感类型可分为：传导型、干涉型和光栅特性型。
传导型光纤微位移传感器结构简单、成本较低、使用方便，在微位移传感器中占有重要地位并因此得以广泛应用，但是，该类传感器灵敏度和精度相对较低，稳定性不够高，光栅器件型光纤微位移传感器因需要借助悬臂梁等器械使得其体积大，集成度不能满足需求，干涉型光纤微位移传感器结构简单、体积小、精度高、制作较为方便，因此成为了目前重要的研究方向，但是目前干涉型光纤微位移传感器实用化中还存在运行稳定性及测量精度无法满足需求等问题，因此，针对干涉型光纤微位移传感器的实用化研究时非常必要的。
发明内容
针对现有光纤位移传感技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型提出一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，包括：光源，偏振控制器，光调制器，光纤耦合器，延迟光纤，位移传感器，光电探测器，示波器；
所述各器件的连接如下：
光源连接偏振控制器，偏振控制器输出端与光调制器相连接，光源、偏振控制器和光调制器三者构成光脉冲信号发生部分；
光调制器的输出端口与光纤耦合器一的第一输入端口相连，光纤耦合器一的输出端口经延迟光纤与位移传感器输入端口相连，位移传感器的输出端口与光纤耦合器二的输入端口相连，光纤耦合器二的第一输出端口与光纤耦合器一的第二输入端口相连，光纤耦合器一、光纤耦合器二、延迟光纤、位移传感器构成基于光纤环型腔衰荡光谱技术的位移传感部分；
光纤耦合器二的第二输出端口与光电探测器的输入端口相连，光电探测器的输出端口与示波器相连构成信号检测部分；
所述位移传感器包括：单模光纤、空芯光纤、微位移控制器，所述单模光纤与空芯光纤通过坍塌熔接实现连接，所述空芯光纤内径为30-50μm，外径为100-200μm，长度为2-5cm，所述微位移控制器精度为1μm；
所述光源为ASE宽频带光源，光谱宽度为40nm，中心波长为1550nm；
所述光纤耦合器一和光纤耦合器二分光比范围为0.2：99.8至1：99；
所述延迟光纤为单模光纤，长度为10-1000m；
所述一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统将光纤环形腔衰荡技术应用于基于单模光纤-空芯光纤-单模光纤的多模干涉光纤传感结构，实现光纤位移检测灵敏度在现有技术基础上提高了一个数量级并同时增强了系统的稳定性；
本实用新型的有益效果具体如下：
本实用新型提出一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统；
将基于光纤模式干涉理论的单模-空芯-单模光纤传感结构与光纤环型腔衰荡技术相结合，实现光纤位移传感器灵敏度在现有基础上提高的同时增强了系统运行的稳定性，对光纤位移传感器的实用化研究具有重要意义。
附图说明
图1一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统；
图2位移传感器。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，它包括包括：光源（1）、偏振控制器（2）、光调制器（3）、光纤耦合器一（4）、位移传感器（5）、延迟光纤（6）、光纤耦合器二（7）、光电探测器（8）、示波器（9）；
光源（1）发出的宽频带光信号经偏振控制器（2）、光调制器（3）后转换成光脉冲信号，该脉冲信号由光纤耦合器一（4）的第一输入端口进入光纤环型衰荡腔，经延迟光纤（6）输入位移传感器（5），经位移传感器（5）输出的光脉冲信号由光纤耦合器二（7）分为两路，一路由光纤耦合器一（4）的第二输入端口再次经历光纤环型衰荡腔，另一路经光纤耦合器二（7）第二输出端口输出，由光电探测器（8）探测，并输入示波器（9）显示；
本实施方式所述光源（1）为ASE宽带光源，带宽为40nm，中心波长为1550nm；
本实施方式所述光纤耦合器一（4）第一输入端口与第二输入端口分光比为0.5:99.5，光纤耦合器二（7）的第一输出端口与第二输出端口的分光比为99.5：0.5；
本实施方式所述延迟光纤（6）为单模光纤，长度为70m。
具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一做进一步说明，图2，所述移传感器（5）结构包括：单模光纤（5-2）、空芯光纤（5-1）、微位移控制器（5-8）；
将空芯光纤（5-1）两端通过坍塌熔接的方法分别与输入单模光纤（5-2）和输出单模光纤（5-3）进行熔接，将微位移控制器（5-8）夹具一（5-6）和夹具二（5-7）分别夹住输入单模光纤（5-2）和输出单模光纤（5-3）；
所述空芯光纤（5-1）内径为30μm，外径为150μm，长度为3cm；
所述微位移控制器（5-8）精度为1μm。
工作原理：
基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统：
工作过程：如图1所示，光源（1）发出的宽频带光信号经偏振控制器（2）、光调制器（3）后转换成光脉冲信号，该脉冲信号由光纤耦合器一（4）的第一输入端口进入光纤环型衰荡腔，经延迟光纤（6）输入位移传感器（5），光信号通过输入端熔接处（5-4）输入空芯光纤，并在输出端熔接处（5-5）重新耦合进入输入单模光纤（5-3），输出光信号由光纤耦合器二（7）分为两路，一路由光纤耦合器一（4）的第二输入端口再次经历光纤环型衰荡腔，另一路经光纤耦合器二（7）第二输出端口输出，由光电探测器（8）探测，并输入示波器（9）显示，如此循环传输，每传输一圈，会引起该脉冲信号的一定的损耗，知道该信号衰减为零，因此，示波器会接收到一系列衰荡信号，位移不同时，位移传感器所引起的损耗会发生变化，从而引起衰荡时间的改变，通过计算接收信号的衰荡时间，从而计算出位移改变的大小。
Claims (6)
1.一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，其特征在于，所述光纤位移检测系统包括：光源（1）、偏振控制器（2）、光调制器（3）、光纤耦合器一（4）、位移传感器（5）、延迟光纤（6）、光纤耦合器二（7）、光电探测器（8）、示波器（9）；
所述各器件连接如下：
光源（1）与偏振控制器（2）的输入端口相连，偏振控制器（2）的输出端口连接光调制器（3），构成光脉冲信号发生部分；
光调制器（3）的输出端口与光纤耦合器一（4）的第一输入端口相连，光纤耦合器一（4）的输出端口经延迟光纤（6）与位移传感器（5）相连，位移传感器（5）的输出端口与光纤耦合器二（7）的输入端口相连，光纤耦合器二（7）的第一输出端口与光纤耦合器一（4）的第二输入端口相连接，构成基于光纤环型腔衰荡技术的位移传感部分；
光纤耦合器二（7）的第二输出端口与光电探测器（8）的输入端口相连，光电探测器（8）的输出端口与示波器（9）相连构成信号检测部分。
2.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，其特征在于，所述位移传感器（5）包括：单模光纤（11）、空芯光纤（10）、微位移控制器（15）。
3.根据权利要求2所述的一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，其特征在于，所述单模光纤（11）与空芯光纤（10）通过熔接实现连接；
所述空芯光纤（10）内径为30-50μm，外径为100-200μm，长度为2-5cm；
所述微位移控制器（15）精度为1μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，其特征在于，所述光源（1）为ASE宽频带光源；
所述光源（1）光谱宽度为40nm，中心波长为1550nm。
5.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，其特征在于，所述光纤耦合器一（4）和光纤耦合器二（7）分光比范围为0.2：99.8至1：99。
6.根据权利要求1所述的一种基于空芯光纤与腔衰荡结构的光纤位移检测系统，其特征在于，所述延迟光纤（6）为单模光纤，长度为10-1000m。
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| CN (1) | CN205482803U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107843273A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-27 | 周燕红 | 一种光纤环传感系统及实现方法 |
| CN108983253A (zh) * | 2018-07-30 | 2018-12-11 | 河南师范大学 | 一种高精度激光微距测量方法 |
| CN109142244A (zh) * | 2018-06-22 | 2019-01-04 | 山东建筑大学 | 一种多衰荡干涉型全光纤气体传感器 |
| CN110873589A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-10 | 河南师范大学 | 一种基于tdm技术的光纤环腔衰荡温湿度测量方法 |
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2016
- 2016-01-05 CN CN201620002239.7U patent/CN205482803U/zh not_active Expired - Fee Related
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