专利名称：基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感装置。
背景技术：
近年来，微位移测量技术在微加工领域、精确定位、航空航天领域都有重要的应用。随着社会的进步和科学技术的发展，对微位移测量技术的要求越来越高。基于电容的微位移传感器通过将位移变化转为电容容量变化并最后转化为电压信号输出，这种基于电容变化的虽然具有分辨率高、噪音低、结构简单的优点，但易受电磁干扰，结构复杂，其适用范围受到限制。光纤光栅是一种在通信、传感及光信息处理领域有着广泛应用前景的无源光纤器件。基于光纤光栅的位移传感器具有抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀、构造简单等优点，能够实现远距离测量。近年来，有人提出了基于布拉格光纤光栅的位移传感器，一般将位移量转化为应力然后施加于光纤光栅，应力的改变导致布拉格反射波长移动，从而可测出位移改变量。但是该类传感器结构复杂，灵敏度不高，不能满足对微位移测量的要求。长周期光纤光栅是一种透射型光纤器件，其耦合机理是同向传输的纤芯模和包层模之间的耦合。基于长周期光纤光栅的位移传感器通常利用改变曲率的方法测量位移量，此类装置体积大，且需要不同参量间的转化公式，造成误差。本实用新型利用完全不同的传感原理，用长周期光纤光栅的耦合机理使纤芯模和包层模同时进入空气腔，空气腔长度即微位移长度直接对传输的两种模式进行调制，使得谐振波长与微位移量呈线性关系。本实用新型的传感装置具有结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感的优点。
发明内容为了克服现有技术中普通光纤光栅位移传感器结构复杂、灵敏度不高不能实现对微位移测量的问题，本实用新型提出了一种结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感的光子晶体光纤长周期光栅微位移传感装置。本实用新型为解决技术问题所采取的装置:基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感装置。其特征在于包括一个宽带光源、一根光子晶体光纤长周期光栅、一根普通单模光纤、两个内套管、一个外套管和一个光谱仪；光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面平整切割并置于第二内套管；光子晶体光纤长周期光栅可以沿第二内套管移动，单模光纤粘结于第二内套管内，光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面形成长度可改变的空气腔；光子晶体光纤长周期光栅的尾纤粘结固定于另外一个具有相同内径的第一内套管内；两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的第二内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的第一内套管可以沿外套管移动；光子晶体光纤长周期光栅的另一端与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接。[0008]所述的内外套管均为陶瓷套管。本实用新型所具有的有益效果为:1、利用空气腔对纤芯模和包层模的调制，使得谐振波长的漂移与腔长成线性关系且灵敏度高，通过监测波长漂移即可解调出位移改变量；2、整个装置具有尺寸小，质量轻的优点；光纤置于用于准直的套管内，更多的光能量耦合进单模光纤；用于固定光纤和光纤光栅的第二内套管置于的外套管内，可以保护整个装置。
图1为本实用新型的结构示意图。1-第一内套管，2-外套管，3-第二内套管，4-单模光纤，5-光子晶体光纤长周期光栅
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步描述。如图1所示，光子晶体光纤长周期光栅5栅区末端端面平整切割，与一端平整切割的单模光纤4置于一个第二内套管3内用于准直，二者构成一个空气腔，光子晶体光纤长周期光栅5可以沿第二内套管3移动,单模光纤4粘结固定于第二内套管3内。光子晶体光纤长周期光栅5的尾纤置于另外一个相同的第一内套管I内并粘结固定。第一内套管I和第二内套管3置于一个内径较大的外套管2内，粘结单模光纤4的第二内套管3与较大的外套管2固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅5的第一内套管I可以沿外套管2移动。光子晶体光纤长周期光栅5、单模光纤4、第一内套管1、外套管2、第二内套管3构成微位移传感装置。本实施方式的工作方式为:外套管2固定在参考点，第一内套管I固定在待测点，待测点相对于参考点移动时，带动光子晶体光纤长周期光栅5移动，改变空气腔长度，引起光子晶体光纤长周期光栅5透射谱谐振波长的漂移，通过测量波长漂移量即可测量待测点的位移动量。本实用新型体积很小，长度仅为4.5cm。可广泛用于狭小空间的位移测量。该装置能够实现微位移传感的关键因素为:1.长周期光栅栅区末端与单模光纤末端两个端面切平，构成空气腔，对来自长周期光栅的纤芯模和包层模进行调制，得到谐振峰波长与空腔长度的线性关系，通过监测长周期光栅谐振波长漂移量即可求得位移改变量且十分敏感；2.光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤置于用于准直的套管内，不仅使更多的光能耦合进单模光纤，而且使光栅和光纤受到保护；3.光子晶体光纤长周期光栅和光纤分别与套管牢固粘结，测量时移动套管即可实现腔长改变；本实施例中光子晶体光纤长周期光栅的栅区长度为约为1.8厘米，谐振波长为1559纳米，谐振波长处衰减幅度为35dB，其中栅格周期为460微米，周期数为40。套管I和套管3的内径为127微米，外径为300微米，长2厘米；套管2内径为305微米，外径为500微米，长2厘米。空气腔初始腔长约为250微米。测量范围为0 140微米，波长和位移变 化关系式为 AA=0.2155 A x+1526,线性度 R2 = 0.9983。
权利要求1.基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感装置，其特征在于包括一个宽带光源、一根光子晶体光纤长周期光栅、一根普通单模光纤、两个内套管、一个外套管和一个光谱仪；光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面平整切割并置于第二内套管；光子晶体光纤长周期光栅可以沿第二内套管移动，单模光纤粘结于第二内套管内，光子晶体光纤长周期光栅和单模光纤的末端端面形成长度可改变的空气腔；光子晶体光纤长周期光栅的尾纤粘结固定于另外一个具有相同内径的第一内套管内；两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的第二内套管与外套管粘结固定，粘结光子晶体光纤长周期光栅的第一内套管可以沿外套管移动；光子晶体光纤长周期光栅的另一端与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接； 所述的内外套管 均为陶瓷套管。
专利摘要本实用新型涉及基于光子晶体光纤长周期光栅的微位移传感装置。其特征在于包括一个宽带光源、一根光子晶体光纤长周期光栅、一根普通单模光纤、两个内套管、一个外套管和一个光谱仪；光纤光栅和单模光纤的末端端面切平并置于第二内套管，形成空气腔；光纤光栅可以沿第二内套管移动，单模光纤粘结于第二内套管内；光纤光栅的尾纤粘结固定于另外一个具有相同内径的第一内套管内；两个内套管置于一个外套管内，粘结单模光纤的第二内套管与外套管粘结固定，粘结光纤光栅的第一内套管可以沿外套管移动；光纤光栅的另一端与宽带光源的输出端连接，单模光纤的另一端与光谱仪的输入端连接。本实用新型结构简单、体积小、灵敏度高及对温度不敏感。
文档编号G01B11/02GK203083528SQ20122061973
公开日2013年7月24日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者赵春柳, 齐亮, 王云鹏, 金尚忠 申请人:中国计量学院