一种基于全光子晶体光纤干涉仪的新型倾斜角测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种基于全光子晶体光纤干涉仪的新型倾斜角测量装置，属于光纤传感器技术领域。
【背景技术】
[0002]倾斜传感器用于测量一个对象相对于基准线或参考面的角偏转，可以应用于很多工程和军事领域。传统的倾斜传感器存在成本高、耐久性差、易受干扰、长距离传输信号衰减等问题。光纤传感器由于不需供电、尺寸小、复用能力强、灵敏度高、不受电磁干扰和衰减小等优点而受到密切关注，被应用于测量压力、加速度、位移和超声波等物理量，同时这些优点也使光纤特别适用于倾斜角传感。
[0003]目前存在的光纤倾斜传感器主要有光纤光栅式倾斜传感器以及干涉式倾斜传感器。其中Wang等人于2011年设计了一种光纤光栅倾斜传感器，他们将LPFG斜着粘贴在装有蔗糖溶液的有机玻璃管内制成一种新型的一维大测量范围倾斜传感器。浸在蔗糖溶液中的光栅长度随着倾斜角的变化而变化，导致相应LPFG中心波长的改变。通过监测中心波长改变量可以测得相应倾斜角大小。另外，Guan等人于2004年提出了一种基于两对FBG加竖直摆锤的结构，利用每一对FBG反射波长差来测量倾斜角。Bao等人于2010年将两FBG相隔四分之一圆周贴在一个上部分中空下部分实心的圆柱体上。Guan等人于2004年提出了一种基于两对FBG加竖直摆锤的结构，利用每一对FBG反射波长差来编码倾斜角。当发生倾斜时，FBG反射波长分裂，通过观测两个分裂峰的间隔得到倾斜角。但是使用光纤光栅做成的倾斜传感器存在温度交叉敏感问题。
[0004]干涉式光纤倾斜传感器是基于光学干涉仪的原理构造的，主要有Michelson干涉式和Mach-Zehnder干涉式。Amaral等人于2011年构造了一种紧凑的基于光纤拉锥Michelson干涉式倾斜传感器。当以锥区为中心旋转时，角度的变化影响纤芯模到包层模的耦合，引起纤芯模和包层模光程差的改变，导致干涉相位的变化，通过解调相位变化即可获得倾斜角大小。Chen等人于2013年提出了一种在掺杂铒光纤上相隔较短距离引入两个拉锥制成Mach-Zehnder干涉式倾斜传感器。当以第二个锥区为中心旋转其右侧光纤时，会影响纤芯模与包层模的耦合，进而引起干涉相位的改变。干涉式光纤倾斜传感器成本低、精度高，但是不能够大量复用，难以实现分布式测量，同时温度交叉敏感的问题仍然存在。
[0005]本发明设计了一种基于全光子晶体光纤干涉仪的新型倾斜角测量装置，该装置除了具有一般光纤测量倾斜角的优点外，还具有对温度、电磁不敏感、体积小，装置简单等优点。
【发明内容】
[0006](一)、要解决的技术问题本发明主要解决了传统的倾斜角传感器存在的成本高、耐久性差、易受干扰，长距离传输信号衰减、只能测量某一方向的倾斜角等问题以及普通光纤倾斜传感器存在的温度交叉敏感问题。
[0007](二)、技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于全光子晶体光纤干涉仪的新型倾斜角测量装置。主要包括波长范围为1520nm~1570nm的宽谱光源，环形器、光谱仪、倾斜角转换装置、全光子晶体光纤干涉仪，其中，宽谱光源与环形器的第一个端口连接，环形器的第二个端口与全光子晶体光纤干涉仪相连，环形器的第三个端口与光谱仪相连，其中全光子晶体光纤干涉仪粘贴在倾斜装置的悬臂梁上面，当倾斜角转换装置的倾斜角发生的变化时，由于重力作用，悬臂梁发生弯曲并产生形变，从而使粘贴在悬臂梁上的全光子晶体光纤干涉仪发生形变，则光谱仪记录的干涉谱就会发生改变，从而达到测量倾斜角的目的。
[0008]上述方案中，倾斜角转换装置主要是由上盖，铁球，支柱，悬臂梁，下底组成，铁球放在下底的中央，悬臂梁粘贴在下底的四个侧边的中央，悬臂梁的尖端正与铁球相触，倾斜角转换装置的上盖和下底是边长为50mm厚度为Imm的有机玻璃薄片，支柱是高为50mm，截面为25mm2的长方体有机玻璃，铁球的直径为50mm，重量为500g，悬臂梁是底边为10mm，高度为26mm，厚度为Imm的等腰三角形有机玻璃，当倾斜角转换装置有一定的倾斜角后，由于铁球的压力作用，悬臂梁发生弯曲并产生形变，达到将倾斜角转换为应变的目的。由于倾斜角转换装置的四个方向都粘贴有悬臂梁，因此每个方向的倾斜角都可以转换成相应的悬臂梁的应变变化，同时每个悬臂梁上都粘贴有全光子晶体光纤干涉仪，用于检测应变信号。
[0009]上述方案中，全光子晶体光纤干涉仪是由一段光子晶体光纤经过放电形成第一塌陷区和第二个塌陷区并在第二个塌陷区后镀上一层银膜构成。宽谱光在第一个塌陷区处分光，分别进入光子晶体光纤的纤芯和包层中传播，经过第二个塌陷区和银膜发生反射后在第一个塌陷区处相遇形成干涉光谱并由光谱仪进行记录。当全光子晶体光纤干涉仪的应变发生改变时引起光子晶体光纤的包层模式与纤芯模式的折射率差发生变化并导致干涉光谱发生移动，从而达到测量应变的目的。同时由于光子晶体光纤的特性，本发明设计的全光子晶体光纤干涉仪对温度不敏感。
[0010]上述方案中的第一个塌陷区和第二个塌陷区的距离为2cm，其中光子晶体光纤纤芯直径为9Pm，包层直径为125Mm并具有直径为5Mm，间隙为7.5Pm五层空气孔。
[0011]上述方案中所述的塌陷区，是指光子晶体光纤通过光纤熔接机的放电使一定长度的光子晶体光纤空气孔塌陷，塌陷区的长度可以通过改变光纤熔接机的放电强度控制，在本发明中第一个塌陷区长度为130Pm，第二个塌陷区长度为60Mm。
[0012]上述方案中所述的银膜，是指通过配置银氨溶液与葡萄糖溶液反应生成银膜。银膜厚度可以通过控制溶液浓度控制，在本发明中银膜厚度为2μπι。
[0013](三)、有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
I)本发明设计的倾斜角转换装置通过在四面粘贴悬臂梁可以将各个方向的倾斜角装换为应变，具有结构简单，高转换效率的特点。
[0014]2)本发明设计的全光子晶体光纤干涉仪，具有结构简单、制作方便，测量应变灵敏度高，不需要多种光纤熔接的特点。
[0015]3)本发明可以测量各个方向的倾斜角，并且具有范围广、体积小、灵敏度高、对温度和电磁不敏感的优点。
[0016](四)、
【附图说明】
图1是一种基于全光子晶体光纤干涉仪的倾斜角测量装置图。
[0017]图2是倾斜角转换装置倾斜示意图。
[0018]图3是不同倾斜角的干涉光谱图。
[0019]图4是倾斜角与特征波长的拟合曲线图。
[0020]图5是在0° -45°进行线性拟合的曲线图。
[0021](五)、
【具体实施方式】
为使上述目的、优点更加易懂，下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0022]如图1所示，将宽谱光源I与环形器2的第一个端口 21连接，环形器2的第二个端口 22与全光子晶体光纤干涉仪5相连，环形器2的第三个端口 23与光谱仪3相连，其中全光子晶体光纤干涉仪5粘贴在倾斜装置4的