一種基于s型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于微位移參數測量領域，具體為一種能夠測量微米量級微位移的測量裝 置。 技術背景
[0002] 在光學設備和一些工業應用中比如微加工，機器人技術，原子力顯微鏡和微機電 系統等需要精確的操作控制應用方面，微位移測量是一個關鍵因素，長期以來受到國內外 研究學者的高度關注。常見的光纖光學微位移測量有如下結構、布拉格光纖光柵、長周期光 纖光柵、光纖錐、錯位光纖。這些結構都比較簡單，容易制造，但是大部分上述的結構都是波 長解調類型，所以不可避免的使用復雜和昂貴的檢測和解調系統。最近新型強度解調類型 的光纖光柵微位移傳感器引起了廣泛的關注。如利用單模和光子晶體光纖構成馬赫曾德爾 干涉儀，結構簡單，微位移靈敏度，但是該傳感器的制造需要昂貴的光子晶體光纖；利用蝴 蝶結錐光纖和錯位光纖構成馬赫曾德爾干涉儀，也具有很高的微位移靈敏度，但是該結構 復雜，脆弱異斷，并且容易受外界環境的影響。
[0003] 本發明公開的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，采用 中心波長為1550nm的寬光譜作為測量用光源，利用熔接機在普通單模光纖上形成S型結 構，在其上刻寫長周期光柵形成微位移傳感頭，通過將該測量裝置固定在待測微位移平臺 上，利用測量裝置輸出諧振峰的強度隨被測微位移的變化特征，達到測量微位移的目的。本 發明的優點在于：僅通過在S型光纖上刻寫長周期光柵，就能實現微位移的高精度傳感，僅 通過監測輸出光強的變化可以實現微位移的測量。由于是強度解調型測量裝置，可以避免 使用復雜昂貴的檢測和解調系統，可以在多種環境參數測量中廣泛使用。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于提出一種結構簡單、測量精度高的光纖微位移測量裝置。
[0005] 本發明采用的技術方案為：
[0006] -種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，包括寬帶光源（1)、 入射單模光纖（2)、S型光纖（3)、長周期光柵（4)、出射單模光纖（5)、光功率計（6)。寬帶 光源（1)的輸出端與入射單模光纖（2)的一端相連，入射單模光纖（2)的另一端與長周期 光柵（4)的一端相連，長周期光柵（4)的另一端與出射單模光纖（5)的一端相連，出射單模 光纖（5)的另一端與光功率計（6)相連，S型光纖（3)位于長周期光柵（4)的中間。
[0007] 所述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，其特征在于 寬帶光源（1)的工作波長為1520nm-1570nm。
[0008] 所述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，其特征是 S型光纖（3)位于長周期光柵（4)的中間，其中S型光纖（3)的錯位寬度和長度分別為 35. 478um與 686um。
[0009] 所述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，其特征是長 周期光柵⑷刻在S型光纖（3)上，其周期和長度分別為600um與24_。
[0010] 本發明的工作原理是：寬帶光源1發出的光通過一段入射單模光纖2后進入長周 期光柵4后，除了包層中損耗的光外，其余光通過出射單模光纖5輸出。當待測微位移發生 變化時，長周期光柵4的周期和S型光纖3的彎曲度均發生變化，且以S型光纖3的彎曲度 變化為主。S型光纖3的彎曲度變化引起S型光纖中纖芯能量和包層能量I兩者的 分配發生變化，導致測量裝置輸出光譜的條紋可見度k發生變化，其表達式表示如下：
[0011]
(1)
[0012] 式中為纖芯中的光強，I為包層中的光強。對公式⑴求導可知，當I。_和 I&d中的能量相等，即I。_與Idad的比值為1時，測量裝置輸出條紋可見度最強。
[0013] 本發明的有益效果是：僅僅通過普通單模光纖形成的S型光纖上刻寫長周期光柵 即可形成強度解調型微位移測量裝置，不在依賴于傳統的光譜儀，僅僅利用光功率計即可 實現微位移的測量。此外，所述的測量裝置有較高的靈敏度，在0_50um范圍內，靈敏度高達 0. 172dB/um。該方法能夠廣泛應用在其他類似參數測量中。
【附圖說明】
[0014] 圖1是一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置的結構示意 圖；
[0015]圖2為被測微位移與諧振峰強度的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 以下結合附圖對本發明進一步描述：
[0017] 參見圖1所示，一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，包括 寬帶光源（1)、入射單模光纖（2)、S型光纖（3)、長周期光柵（4)、出射單模光纖（5)、光功率 計（6);寬帶光源⑴的輸出端與入射單模光纖（2)的一端相連，入射單模光纖（2)的另一 端與長周期光柵（4)的一端相連，長周期光柵（4)的另一端與出射單模光纖（5)的一端相 連，出射單模光纖（5)的另一端與光功率計（6)相連，S型光纖（3)位于長周期光柵（4)中 間。
[0018] 上述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，其寬帶光源 (1)的工作波長為1520nm-1570nm;所述的S型光纖（3)位于長周期光柵（4)的中間，其長 度分別為35. 478um與686um;所述的長周期光柵（4)的周期和長度分別為600um與24mm。
[0019] -種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，其工作方式為：寬 帶光源1的中心波長為1550納米，其發出的光通過入射單模光纖2后進入長周期光柵4時， 一部分光進入長周期光柵4與S型光纖3的包層，另一部分光保持在纖芯中傳輸，當纖芯和 包層中的光傳輸到出射單模5時，兩束光相遇產生特定波長的諧振峰。當外界微位移發生 變化時，S型光纖的彎曲度隨著微位移的增大而減小，從而導致諧振峰強度發生變化，長周 期光柵的周期變化遠小于S型光纖的彎曲度變化，可以忽略。圖2為被測微位移與諧振峰 強度的關系示意圖，微位移測量范圍為0-50um時，測量靈敏度高達0. 172dB/um。
【主權項】
1. 一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，包括寬帶光源（1)、入 射單模光纖（2)、S型光纖（3)、長周期光柵（4)、出射單模光纖（5)光功率計(6)。寬帶光 源（1)的輸出端與入射單模光纖（2)的一端相連，入射單模光纖（2)的另一端與長周期光 柵（4)的一端相連，長周期光柵（4)的另一端與出射單模光纖（5)的一端相連，出射單模光 纖（5)的另一端與光功率計（6)相連，S型光纖（3)位于長周期光柵（4)中間。2. 根據權利要求書1所述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝 置，其特征是寬譜光源（1)的工作波長為1520nm-1570nm。3. 根據權利要求書1所述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝 置，其特征是S型光纖（3)位于長周期光柵（4)的中間，其中S型光纖（3)的錯位寬度和長 度分別為35. 478um和686um。4. 根據權利要求書1所述的一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝 置，其特征是長周期光柵（4)刻在S型光纖（3)上，其周期和長度分別為600um和24_。
【專利摘要】本發明公開了一種基于S型光纖的強度解調型長周期光柵微位移測量裝置，它由寬帶光源、入射單模光纖、S型光纖、長周期光柵、出射單模光纖、光功率計構成，其中長周期光柵刻于S型光纖上。通過將該傳感結構固定在需測量的微位移平臺上，當待測微位移發生變化時，S型光纖由于軸向應力導致彎曲度發生變化，即S型光纖兩側的垂直距離隨著待測微位移的增大而減小，S型光纖的纖芯和包層能量分布發生變化，導致測量裝置輸出諧振峰的光強發生改變，通過監測該變化可以獲得微位移的變化量。該裝置可以避免使用復雜和昂貴的檢測和解調系統，能夠在環境參數測量中廣泛地使用。
【IPC分類】G01B11/02
【公開號】CN105387816
【申請號】CN201510989915
【發明人】康娟, 周曉影, 桑濤, 王小蕾, 趙春柳
【申請人】中國計量學院
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月23日