一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感
目.0
【背景技术】
[0002]布拉格光纤光栅(FBG)因具有抗电磁干扰、耐化学腐蚀、传输损耗小、体积小重量轻、便于大规模生产等优点，而广泛应用于传感技术领域。目前，应力传感器在工程技术领域具有广泛应用。特别是在纳米粒子相互作用，细胞力学等新兴领域，对于微应力传感器具有迫切需求。现有技术中，几乎所有的FBG应力传感器的测量原理，都是基于应力引起的布拉格波长的移动。这种原理中，当应力过小，引起的布拉格波长的变化难以被分辨时，传感器就无法测量相应的应力了。这就限制了 FBG应力传感器在微应力测量领域的应用。
[0003]因此，研制一种在FBG的布拉格波长变化很小时，就能够对微应力进行高精度测量的传感装置具有重大应用价值。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是，克服【背景技术】存在的不足，提供一种在FBG布拉格波长变化很小时，能够对微应力进行高精度测量的传感装置。
[0005]上述的技术问题通过以下的技术方案实现:
[0006]—种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其结构有，广谱光源I的输出端与光隔离器2的输入端相连，光隔离器2的输出端与光耦合器3的I端口相连，光耦合器3的2端口与布拉格光纤光栅FBG2的一端的光纤相连，布拉格光纤光栅FBG2的另一端的光纤与光谱仪4的输入端相连，光親合器3的4端口的输出光纤放入折射率匹配液5中，布拉格光纤光栅FBGl —端的光纤被光纤夹具6固定，并与光耦合器3的3端口相连，另一端的光纤与传动杆7粘接，传动杆7位于轴向为水平方向的限位孔8中，限位孔8内壁涂有润滑油，使得传动杆7可在其中沿水平方向自由滑动，光纤夹具6和限位孔8分别通过左支撑杆9和右支撑杆10固定于水平放置的基座11上；所述的布拉格光纤光栅FBG1、FBG2的布拉格波长和反射谱均相同。
[0007]所述的光耦合器3的输出端功率分配比可以是任意比，优选50: 50。
[0008]所述的光纤夹具6可以夹住光纤，使光纤不能移动，优选光纤V型槽夹具。
[0009]所述的传动杆7优选圆柱体，所述的限位孔8优选带有圆柱形孔的柱体。
[0010]所述的折射率匹配液是指任何折射率与光纤相同的无色透明液体，优选甘油水溶液，其中甘油的体积分数为82.14%。
[0011]在光谱仪接收到的布拉格光纤光栅FBG2的透射谱中，在原布拉格波长两侧出现了两个峰，称为左峰和右峰，如附图2。当传动杆受外力作用向右移动时，布拉格光纤光栅FBGl就受到了轴向拉力作用，布拉格光纤光栅FBG2的透射光谱中的两个峰的功率也随之发生变化，右峰功率增加，左峰功率减小，以右峰功率和左峰功率的差值作为传感器输出值，来表征传动杆受到的轴向拉力。
[0012]有益效果:
[0013]1、在FBG布拉格波长变化很小的情况下，可实现峰值功率的大幅度变化，进而高精度地测量微小应力。
[0014]2、相较于传统的基于测量FBG布拉格波长变化的应力传感器，本实用新型在分辨率上提高了数百倍。
【附图说明】
:
[0015]图1为本实用新型一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置的结构示意图。
[0016]图2为本实用新型一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置的输出光谱示意图。
[0017]图3为右峰和左峰的功率差随轴向拉力的变化关系图。
[0018]图4为布拉格波长的变化随轴向拉力的变化关系图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0020]实施例1
[0021]装置如附图1所示，布拉格光纤光栅FBGl和FBG2的布拉格波长均为λΒ =1568nm，光耦合器3输出端功率分配比为50:50，光谱仪4波长分辨率为0.05nm，折射率匹配液5为甘油水溶液，其中甘油的体积分数为82.14%。布拉格光纤光栅FBG2的透射谱示意图如附图2所示，在原布拉格波长λΒ两侧产生了两个峰，右峰和左峰。当传动杆7受轴向拉力右移时，牵动布拉格光纤光栅FBGl使其受力，这会导致布拉格光纤光栅FBG2的透射谱中右峰功率增加，左峰功率减小。右峰和左峰的功率差与轴向拉力之间的关系如附图3所示。
[0022]实施例2
[0023]装置如附图1所示，用一段光纤替换掉布拉格光纤光栅FBG2，使光谱仪4和光耦合器3的2端口直接相连，在光谱仪中可以直接接收到布拉格光纤光栅FBGl的反射谱，测量其布拉格波长的变化。布拉格光纤光栅FBGl的布拉格波长的变化和轴向拉力之间的关系如附图4所示。
[0024]通过实施例1的测量结果图3可见，右峰功率和左峰功率的差值和轴向拉力呈现出良好的线性关系。可以测量微小应力，测力范围为ON — 4.4Χ10_3Ν，精度高达1341dBm/N，分辨率为7.46 X KT6N，是量程的0.17% ο
[0025]通过实施例2的实验结果图4可见，在和实施例1同样的应力测量范围内，布拉格光纤光栅FBGl的布拉格波长变化只有1pm左右。而现有的光纤光谱仪的最小波长分辨率都在20pm左右，因此，传统的基于布拉格波长变化的FBG应力传感器无法测量这么小的应力变化。
[0026]通过对比实施例1和实施例2，我们可以清晰看出本实用新型，在传统的基于布拉格波长变化的FBG应力传感器难以测量的微小应力范围内，实现了功率值大幅度变化，进而高精度地测量微小应力。
[0027]目前，美国Ocean Optics公司生产的光纤光谱仪HR4000和日本YOKOGAWA公司生产的光纤光谱仪AQ6370C的波长分辨率都在0.02nm。若采用传统FBG应力传感器的测量原理，测量布拉格波长的变化，在实施例1所测的应力范围内，仅可以勉强测出几个数据点。而本实用新型在这个应力范围内却可以测出近600个数据点，在分辨率上提高了数百倍。
【主权项】
1.一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其结构有，广谱光源(I)的输出端与光隔离器(2)的输入端相连，光隔离器(2)的输出端与光耦合器(3)的I端口相连，光耦合器(3)的2端口与布拉格光纤光栅FBG2的一端的光纤相连，布拉格光纤光栅FBG2的另一端的光纤与光谱仪(4)的输入端相连，光親合器(3)的4端口的输出光纤放入折射率匹配液(5)中，布拉格光纤光栅FBGl —端的光纤被光纤夹具(6)固定，并与光親合器(3)的3端口相连，另一端的光纤与传动杆(7)粘接，传动杆(7)位于轴向为水平方向的限位孔(8)中，限位孔(8)内壁涂有润滑油，使得传动杆(7)可在其中沿水平方向自由滑动，光纤夹具(6)和限位孔(8)分别通过左支撑杆(9)和右支撑杆(10)固定于水平放置的基座(11)上；所述的布拉格光纤光栅FBG1、FBG2的布拉格波长和反射谱均相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其特征在于，所述的光纤夹具(6)是光纤V型槽夹具。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，其特征在于，所述的传动杆(7)是圆柱体，所述的限位孔(8)是带有圆柱形孔的柱体。
【专利摘要】本实用新型一种基于布拉格光纤光栅的微应力传感装置，属于光纤传感技术领域。其结构有，广谱光源(1)通过光隔离器(2)与光耦合器(3)的1端口相连，光耦合器(3)的2端口通过布拉格光纤光栅FBG2与光谱仪(4)的相连，光耦合器(3)的4端口的输出光纤放入折射率匹配液(5)中，布拉格光纤光栅FBG1一端的光纤与光耦合器(3)的3端口相连，另一端的光纤与位于限位孔(8)中的传动杆(7)粘接，光纤夹具(6)和限位孔(8)通过左支撑杆(9)和右支撑杆(10)固定于水平放置的基座(11)上；本实用新型在FBG布拉格波长变化很小的情况下，实现高精度地测量微小应力，测量分辨率比传统技术提高数百倍。
【IPC分类】G01L1-24
【公开号】CN204556142
【申请号】CN201520189340
【发明人】汤国玉, 徐晓峰, 周微, 谷志民, 杨美超, 解瑞军
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年3月31日