一種基于kagome光纖光柵的張力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，主要特點(diǎn)是對(duì)溫度不敏感，適合在溫度變化較大的環(huán)境里測(cè)試張力。
【背景技術(shù)】
[0002]張力的測(cè)量在工業(yè)領(lǐng)域有著重要的作用，例如兩個(gè)電線桿之間的天線由于溫度的變化自身張力也會(huì)發(fā)生變化，張力過大會(huì)有天線斷裂的危險(xiǎn)。對(duì)于張力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是有必要的。相比于其他氣體傳感器，光纖氣體傳感器具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、靈敏度高、便于復(fù)用成網(wǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受重視。
[0003]現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)中，使用機(jī)械傳動(dòng)裝置可以對(duì)張力進(jìn)行定時(shí)的測(cè)量與分析，該傳感系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。采用微納光纖光柵作為光纖傳感頭，可以充分利用光纖光柵的波長(zhǎng)選擇特性以及諧振峰對(duì)于外界張力敏感的特點(diǎn)，大大提高其傳感器的靈敏度，而且具有制作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。長(zhǎng)周期光纖傳感器因?yàn)槠湓诳闺姶鸥蓴_、輕巧、靈敏度方面獨(dú)一無二的優(yōu)勢(shì)，成為傳感領(lǐng)域的重要組成部分。而一般的長(zhǎng)周期光纖傳感器都在單模光纖上寫制而成，這種微納器件不僅僅對(duì)張力敏感，也會(huì)有一定的溫度交叉效應(yīng)，對(duì)張力測(cè)量會(huì)產(chǎn)生干擾。尤其是在室外的張力監(jiān)測(cè)，一定要考慮張力傳感器的溫度補(bǔ)償效應(yīng)。Kagome晶格結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，具有高的空氣填充率，獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)，光束可以在空氣孔中傳播。而空氣的熱光系數(shù)很低。因而可以在溫度變化明顯的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)有效的張力測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高，對(duì)溫度不敏感的基于kagome光纖的光柵張力傳感器。
[0005]為了到達(dá)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于kagome光纖光柵的張力傳感器，包括光源光譜儀和連接所用的光纖，還包括光纖傳感元件，所述的光源發(fā)出的光通過光纖注入光纖傳感元件，然后通過輸出光纖到達(dá)光譜儀，光纖傳感元件附著于張力測(cè)試部位，其中的光纖傳感元件為單模-微納光纖光柵_(tái)單模結(jié)構(gòu)，其由兩段單模光纖和位于兩段單模光纖中間的一段kagome光纖光柵通過熔接構(gòu)成。
[0007]進(jìn)一步的，以上所述的連接所用的光纖為單模光纖。
[0008]進(jìn)一步的，以上所述的光源裝置為超連續(xù)光源。
[0009]進(jìn)一步的，以上所述的kagome光纖參數(shù)為纖芯尺寸22 μπι，空氣孔包層直徑為70 μ m，外包層直徑為140 μ m。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)以及有益效果:
[0011]本發(fā)明將長(zhǎng)周期光柵和kagome晶格光子晶體光纖結(jié)合形成的微納器件，有效消除溫度的交叉敏感效應(yīng)，最終利用kagome晶格光子晶體光纖的傳感器張力敏感度高達(dá)-2.09ρπι/μ ε，是使用相同長(zhǎng)周期光柵參數(shù)下單模光纖靈敏度的五倍。溫度敏感性低至0.59pm/°C，是使用相同長(zhǎng)周期光柵參數(shù)下單模光纖溫度敏感性的六分之一。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明中整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明圖1中kagome光纖光柵放大示意圖。
[0014]圖中:1、超連續(xù)光源；2、光譜儀；3、單模光纖；4、kagome光纖光柵；5、張力測(cè)試環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]由附圖1可知，本發(fā)明包括光源、連接所用的光纖、kagome光纖光柵4、光譜儀2，其中的光源為超連續(xù)光源1，連接所用的光纖為單模光纖3，超連續(xù)光源I通過單模光纖3連到kagome光纖光柵4上，kagome光纖光柵4的另一端與光譜儀2連接。
[0017]參見附圖2，本發(fā)明的光纖傳感元件是將單模光纖3、基于Kagome光纖光柵4以及單模光纖3按照單模-kagome光纖光柵-單模的結(jié)構(gòu)恪接起來，當(dāng)入射光進(jìn)入kagome光纖光柵4后，將會(huì)形成諧振峰，外界的張力變化的時(shí)候，致使其導(dǎo)模折射率發(fā)生變化，從而使得諧振峰諧振波長(zhǎng)發(fā)生漂移。
[0018]該kagome光纖光柵制作方法是，取一根kagome光纖，然后用刀片剝?nèi)agome光纖的涂覆層，利用二氧化碳激光器制作kagome光纖光柵4。用光纖熔接機(jī)將制作好的kagome光纖光柵4的兩端與單模光纖3相連接。本發(fā)明所用的kagome光纖參數(shù)為纖芯尺寸22 μ m，空氣孔包層直徑為70 μ m，外包層直徑為140 μ m。
[0019]將以上制作的kagome光纖光柵4放置于測(cè)試張力的環(huán)境5中，由于張力與kagome光纖光柵4的作用，使得kagome光纖光柵4的導(dǎo)模折射率發(fā)生變化，因此，長(zhǎng)周期光柵的諧振波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生漂移。
[0020]本發(fā)明所制得的kagome光纖光柵4為長(zhǎng)周期光柵，是利用二氧化碳激光器寫制而得，激光器參數(shù):最大平均輸出功率1W，重復(fù)頻率5KHZ，有效矢量步長(zhǎng)為1.5 μπι。放電時(shí)間Q為30 μ S。光柵常數(shù)可以選擇815 μ m，40個(gè)周期。這樣諧振峰的位置會(huì)在1500nm附近。
[0021]本發(fā)明的工作原理如下:
[0022]激光器刻寫的長(zhǎng)周期kagome光纖光柵4在受到拉伸的情況下，折射率調(diào)制可以表示為:
[0023]Δη = Δ nstrain+ Δ microbend
[0024]第一項(xiàng)是拉伸的情況下，因?yàn)槔Ξa(chǎn)生的彈光效應(yīng)，形成的折射率調(diào)制。第二項(xiàng)是由于拉伸引起的微彎，造成的折射率調(diào)制。由于光子晶體光纖可以實(shí)現(xiàn)在空氣中導(dǎo)光，而空氣的熱光系數(shù)很低，所以溫度的變化不會(huì)引起折射率的波動(dòng)，也不會(huì)干擾對(duì)于張力的測(cè)試。
[0025]本發(fā)明傳感器在工作范圍內(nèi)，其靈敏度極高，不會(huì)受到溫度干擾，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于kagome光纖光柵的張力傳感器，包括光源光譜儀和連接所用的光纖，其特征在于:還包括光纖傳感元件，所述的光源發(fā)出的光通過光纖注入光纖傳感元件，然后通過輸出光纖到達(dá)光譜儀，光纖傳感元件附著于張力測(cè)試部位，其中的光纖傳感元件為單模-微納光纖光柵-單模結(jié)構(gòu)，其由兩段單模光纖和位于兩段單模光纖中間的一段kagome光纖光柵通過熔接構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于kagome光纖光柵的張力傳感器，其特征在于:所述的連接所用的光纖為單模光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于kagome光纖光柵的張力傳感器，其特征在于:所述的光源裝置為超連續(xù)光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于kagome光纖光柵的張力傳感器，其特征在于:所述的kagome光纖參數(shù)為纖芯尺寸22 μ m，空氣孔包層直徑為70 μ m，外包層直徑為140 μ m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于kagome光纖光柵的張力傳感器，屬于光纖傳感領(lǐng)域，包括光源光譜儀和連接所用的光纖，以及光纖傳感元件，光源發(fā)出的光通過光纖注入光纖傳感元件，然后到達(dá)光譜儀。攜帶長(zhǎng)周期光柵的kagome光纖因?yàn)槭艿嚼斓那闆r下，會(huì)因?yàn)槔Φ膹椆庑?yīng)和微彎造成折射率的調(diào)制。引起光譜儀上諧振峰的漂移。而因?yàn)閗agome晶格光纖的光波在空氣孔中傳導(dǎo)，空氣的熱光系數(shù)很小，外界的溫度變化不會(huì)對(duì)諧振峰的偏移造成影響。因而利用kagome光纖制作的張力傳感器在實(shí)現(xiàn)張力的傳感以后可以去除溫度的干擾，可以比普通的長(zhǎng)周期光柵光纖張力傳感器摒除溫度的干擾。
【IPC分類】G01L5-04
【公開號(hào)】CN104864999
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510320897
【發(fā)明人】毛嘉, 毛新成
【申請(qǐng)人】毛嘉
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日