專利名稱：一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領域，具體涉及一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳 感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與傳統(tǒng)的電式傳感器相比，具有獨特的優(yōu)點靈敏度高、重量輕、體積 小、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質(zhì)安全。由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又可以作 為電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，這使它可以方便有效地用于各種大型機電、地震波檢測、石 油化工、礦井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。用光纖作為加速度測量媒介的機理多種多樣，而基于光纖布拉格光柵的加速度傳 感器以其較簡單的原理一采用加速度變化引起的波長漂移量或反射光功率變化進行解調(diào) 即可得到加速度信息，而受到人們的重視。光纖光柵加速度傳感器自問世以來不斷發(fā)展， 在地震勘探、石油化工、公路、橋梁的振動檢測和建筑物的結(jié)構(gòu)健康檢測等方面有廣泛的應 用，因此研究光纖光柵加速度傳感器具有重要的意義。已經(jīng)報道的幾種光纖光柵加速度傳感器中，大多數(shù)是基于測量光纖光柵的中心反 射波長來獲得被測參量信息。此類光纖光柵傳感器，為了進行傳感測量必須檢測出光纖光 柵的反射波長變化，在檢測過程中需要用到昂貴的波長測量儀器如光纖光譜儀、波長解調(diào) 儀等，限制了其在實際工程中的應用。近年來，低成本的光纖光柵加速度傳感器的研制受到 格外關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有光纖光柵加速度傳感器存在的價格昂貴、靈敏度不高及 不能進行強度解調(diào)的缺點，提出了一種設計簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、成本較低的基于拉 錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是—種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，包括寬帶光源、光電探測器、光纖耦 合器、固定裝置、單模光纖拉錐區(qū)域、光纖光柵和一定質(zhì)量的重物。首先將一段單模光纖進行拉錐處理，然后和光纖光柵串聯(lián)作為傳感頭，通過光纖 耦合器分別與光源和光電探測器相連接，形成光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)。本發(fā)明所具有的優(yōu)點1.以包含拉錐區(qū)域(錐區(qū))和光纖光柵的普通單模光纖為傳感頭，具有結(jié)構(gòu)緊湊、 傳感頭體積小、制作成本低等優(yōu)點，可廣泛應用于各種加速度監(jiān)測的環(huán)境惡劣或者對傳感 器尺寸要求嚴格的工程領域。2.光纖光柵反射的光功率會隨著加速度引起的錐區(qū)的彎曲變化產(chǎn)生泄漏損耗，表 現(xiàn)為光電探測器輸出的變化。因此具有靈敏度高、傳感解調(diào)裝置成本低的優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明的光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)2為本發(fā)明的基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步描述。如圖1，2所示，一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，主要包括寬帶光源 1、光電探測器2、光纖耦合器3，固定裝置4，單模光纖錐區(qū)5和光纖光柵6。寬帶光源1與 1X2光纖耦合器3的一端相連，光纖耦合器3的另一端連接到單模光纖錐區(qū)5的一端，光纖 耦合器3的另一端與光電探測器2相連，經(jīng)過光纖錐區(qū)5的另一端與光纖光柵6連接。使 用固定裝置4將光纖錐區(qū)5的靠近耦合器3的一端固定，在光纖自由端根據(jù)需要固定一定 質(zhì)量的重物7，使光纖錐區(qū)5產(chǎn)生一定的初始彎曲。拉錐部分的光纖束腰可以通過控制拉錐時間得到不同效果，拉錐時間越長其光纖 束腰越細，其形成的傳感器靈敏度越高。光纖光柵的波長應包含在光源的光譜范圍之內(nèi)，可 在1520-1565nm的C波段內(nèi)。單模光纖的一端與經(jīng)過拉錐的光纖連接，另一端與一個1 X 2 光纖耦合器連接。光纖耦合器的另兩端分別于寬帶光源和光電探測器連接。本發(fā)明裝置的工作方式為由寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)光纖耦合器后依次進入光纖錐 區(qū)和光纖光柵，光纖光柵反射回來的光再次經(jīng)過錐區(qū)和耦合器后被光電探測器探測。由于 光纖錐區(qū)的損耗隨其彎曲程度的不同而變化，當加速度作用于傳感器時，光纖及光纖自由 端固定的重物受到力的作用，使錐區(qū)的彎曲受到影響，跟隨加速度變化，所以光電探測器探 測到的功率也會隨著加速度變化。從光電探測器的輸出就可以解調(diào)出加速度的信息。本發(fā)明裝置能夠測量加速度的關(guān)鍵為單模光纖經(jīng)過拉錐后其傳輸損耗對彎曲敏 感，而加速度會引起光纖錐區(qū)的彎曲變化，使光纖光柵反射的光的功率產(chǎn)生變化。該種基于 拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、抗電磁干擾，可實現(xiàn)在0 50Hz頻 率變化范圍內(nèi)的良好測量效果，為微振動領域提供了一種有效的測量方法，并且監(jiān)測裝置 只需要低成本的光電探測器，因此成本較低，比較實用。
權(quán)利要求
1. 一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，包括寬帶光源(1)、光電探測器O)、 光纖耦合器(3)、固定裝置G)、單模光纖拉錐區(qū)域(5)、光纖光柵(6)和一定質(zhì)量的重物 (7)，其特征在于該發(fā)明裝置將一段單模光纖進行拉錐處理后和光纖光柵串聯(lián)作為傳感 頭，通過光纖耦合器分別與光源和光電探測器相連接，形成光纖光柵加速度傳感系統(tǒng)；使用 經(jīng)過拉錐的光纖串聯(lián)光纖光柵可以實現(xiàn)在受到加速度作用時反射光功率的變化，使用反射 率較高的光纖光柵可以實現(xiàn)較高的靈敏度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于拉錐結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，使用強度解調(diào)的方法實現(xiàn)加速度測量，以緊湊的結(jié)構(gòu)解決了一般光纖傳感器存在的結(jié)構(gòu)復雜、價格昂貴的問題。本發(fā)明中光依次進入光纖錐區(qū)和光纖光柵，反射光再次經(jīng)過錐區(qū)和耦合器后被光電探測器探測。光纖錐區(qū)的損耗隨其彎曲程度的不同而變化，當加速度作用于傳感器時，錐區(qū)的彎曲受到加速度影響而變化，光電探測器探測到的功率也會隨著加速度變化。從光電探測器的輸出就可以解調(diào)出加速度的信息。本發(fā)明光纖光柵加速度傳感器體積小，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，可操作性強，可廣泛應用于各種加速度監(jiān)測領域。
文檔編號G01P15/03GK102095892SQ201010553770
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者倪凱, 李嵐, 董新永, 趙春柳 申請人:中國計量學院