一种低成本光纤位移传感装置的制作方法

1.本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于光纤损耗的光纤位移传感装置。


背景技术：

2.光纤由石英材料组成，因其有耐高温、高压、对电磁环境高适应性以及低成本等特点，所以基于光纤的传感器一直被许多人关注，目前在研究领域光纤传感的原理非常多，主要包括光纤fbg传感、光纤损耗传感、光纤等离子传感等，目前商用的应用于应力或者温度等领域的传感种类主要是指光纤fbg传感；光纤fbg传感的优点是结构简单，灵敏度高、可以做分布式传感、且市场上已经有部分公司做fbg的市场商用；光纤fbg传感的缺点是其对温度和应力都有较强的敏感度，使得其解调的方法较为复杂；光纤fbg传感解调一般使用高精度的光谱扫描方案，该类型的解调方案目前成本高，不利于光纤传感的市场上的推广，所以目前光纤fbg传感多见于国企的大型工程以及一些特殊领域的应用，比如说高温高压等环境。


技术实现要素：

3.本申请基于光纤对接损耗检测位移，提供一种低成本光纤位移传感装置，解决现有光纤位移传感解调复杂、成本昂贵的问题。
4.本申请实施例提出的一种低成本光纤位移传感装置，包括光源、入射光纤、光纤毛细套管、位移检测光纤、光电传感器。
5.所述入射光纤、位移检测光纤端面相对地固定在毛细套管内，构成一连接部；
6.所述光源连接所述入射光纤；
7.所述光电传感器连接于所述入射光纤或位移检测光纤，用于检测所述连接部对所述入射光纤的反射，或，用于检测经所述连接部进入位移检测光纤的光。
8.优选地，所述光电传感器通过光耦合器连接于所述入射光纤或位移检测光纤。或者，所述位移检测光纤一端位于所述连接部，另一端连接所述光电传感器。
9.优选地，所述入射光纤端面和/或位移检测光纤的端面存在倾角。
10.本申请任意一项实施例所述低成本光纤位移传感装置，优选地，所述光纤毛细套管，用于束缚所述入射光纤和位移检测光纤相对横线偏移小于第一设定误差。进一步优选地，本申请任意一项实施例所述低成本光纤位移传感装置中，所述光纤毛细套管，用于束缚所述入射光纤和位移检测光纤端面之间的夹角小于第二设定误差。
11.本发明有益效果包括：
12.本申请相对于现有技术，成本低、量程大、容易量产。
附图说明
13.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
14.图1为光纤对接损耗特性示意图；
15.图2为本申请的光纤对接损耗位移传感装置的实施例；
16.图3为本申请的光纤对接损耗位移传感装置的另一实施例。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
19.图1为光纤对接损耗特性示意图。
20.本方案主要依据的原理是光纤对接损耗，光纤对接损耗是光纤冷连接中常见问题，本方案也是基于该原理的反向应用，光纤对接损耗主要包含四部分，光纤对接距离损耗、光纤对接角度失配损耗、光纤横向错位损耗以及模式失配损耗，该方案主要依靠光纤对接距离损耗来传感，光纤对接角度失配损耗作为调节传感灵敏度的方法。为了保证光纤对接损耗不受其他因素影响，适当的使用一种毛细套管，使得对接光纤的横向位置和对接角度不发生变化。如图1所示，当两光纤距离发生变化时，光纤对接损耗也会发生变化，根据损耗大小我们就可以得出当先光纤的距离。
21.图2为本申请的光纤对接损耗位移传感装置的实施例。
22.如图2所示系统，本申请实施例提供一种光纤对接损耗位移传感方法，包括光源1、分光器2、入射光纤3、光纤毛细套管4、位移检测光纤5以及光电传感器6。其中分光器包括但不限于光分路器、环形器、光耦合器等；位移检测光纤5包含但不限于光纤端面反射或者光纤布拉格光栅等反射入射光功能；入射光纤3和位移检测光纤5可以通过增加光纤端面倾角来增加光纤对接位移损耗的灵敏度。光纤端面的倾角，是指光纤端面所在平面与光纤光波导传播方向缩成夹角的余角。适当的，根据实际使用要求选择一个光纤倾角，用以兼顾损耗检测的量程和灵敏度。最佳的，入射光纤端面和位移检测光纤端面有且只有一个倾角存在，以保证光纤对接角度稳定和没有干涉产生，使得光纤对接距离与光纤对接损耗之间关系有良好的线性度。选择光源1出射光经分光器2输出，经所述入射光纤3输入到位移检测光纤5，并由位移检测光纤5反射进入入射光纤3，经分光器2入射到光电探测器6，当入射光纤与位移传感光纤5发生距离变化，光纤毛细套管4可以保证对接光纤相对横向偏移最小且对接角度不发生变化。
23.优选地，所述光纤毛细套管，用于束缚所述入射光纤和位移检测光纤相对横线偏移小于第一设定误差。
24.图3为本申请的光纤对接损耗位移传感装置的另一实施例。
25.如图3所示系统，本申请也可以由双向传感改为单向传感，本案例包括光源1、入射光纤3、光纤毛细套管4、位移检测光纤5以及光电传感器6。光源1出射光进入入射光纤3，经位移检测光纤5入射到光电探测器6，当入射光纤与位移传感光纤5发生距离变化，光纤毛细套管4可以保证对接光纤相对横向偏移最小且对接角度不发生变化。
26.此处对接角，是指入射光纤光波导传播方向和位移检测光纤光波导传播方向所成
夹角。受光纤毛细套管限制，入射光纤纤芯与位移检测光纤纤芯平行，所以对接角度只受光纤倾角的影响，此处光纤端面倾角θ与光纤对接角度γ的关系是：γ＝arcsin(sin(θ)*n)
‑
θ,其中n为光纤纤芯折射率。进一步优选地，本申请任意一项实施例所述低成本光纤位移传感装置中，所述光纤毛细套管，用于束缚所述入射光纤和位移检测光纤端面之间的夹角小于第二设定误差。
27.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。


技术特征：
1.一种低成本光纤位移传感装置，其特征在于，包括光源、入射光纤、光纤毛细套管、位移检测光纤、光电传感器；所述入射光纤、位移检测光纤端面相对地固定在毛细套管内，构成一连接部；所述光源连接所述入射光纤；所述光电传感器连接于所述入射光纤或位移检测光纤，用于检测所述连接部对所述入射光纤的反射，或，用于检测经所述连接部进入位移检测光纤的光。2.如权利要求1所述低成本光纤位移传感装置，其特征在于，所述光电传感器通过光耦合器连接于所述入射光纤或位移检测光纤。3.如权利要求1所述低成本光纤位移传感装置，其特征在于，所述位移检测光纤一端位于所述连接部，另一端连接所述光电传感器。4.如权利要求1～3任意一项所述低成本光纤位移传感装置，其特征在于，所述入射光纤端面和/或位移检测光纤的端面存在倾角。5.如权利要求1～3任意一项所述低成本光纤位移传感装置，其特征在于，所述光纤毛细套管，用于束缚所述入射光纤和位移检测光纤相对横线偏移小于第一设定误差。6.如权利要求1～3任意一项所述低成本光纤位移传感装置，其特征在于，所述光纤毛细套管，用于束缚所述入射光纤和位移检测光纤端面之间的夹角小于第二设定误差。

技术总结
本申请提出一种低成本光纤位移传感装置，包括光源、入射光纤、光纤毛细套管、位移检测光纤、光电传感器。所述入射光纤、位移检测光纤端面相对地固定在毛细套管内，构成一连接部。所述光源连接所述入射光纤。所述光电传感器连接于所述入射光纤或位移检测光纤，用于检测所述连接部对所述入射光纤的反射，或，用于检测经所述连接部进入位移检测光纤的光。本申请解决光纤位移传感解调复杂、成本昂贵的问题。成本昂贵的问题。成本昂贵的问题。


技术研发人员：解振海
受保护的技术使用者：湖北捷讯光电有限公司
技术研发日：2021.05.24
技术公布日：2021/12/28