一種基于光纖光柵的壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種基于光纖光柵的壓力傳感器，屬于光纖傳感【技術(shù)領域】，支撐光纖和具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖平行地夾持在兩個金屬板之間；兩個金屬板完全覆蓋了具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖中的兩個光纖光柵作為反射面的法布里-珀羅結(jié)構(gòu)段，具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖的兩端分別設置在兩個金屬板外側(cè)；兩個金屬板相對的面分別為光滑的平面。本實用新型以具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖作為測量元件，施加在金屬板外的壓力通過金屬板傳遞到測量光纖上，而兩個金屬板外側(cè)的具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖的兩端可以作為相應檢測儀器的信號連接端口。將以上壓力傳感器用于測量上，可方便地分別測量到精準的用于共振腔激光器來產(chǎn)生雙波長激光和微波信號。
【專利說明】一種基于光纖光柵的壓力傳感器

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于光纖傳感【技術(shù)領域】，具體涉及基于光纖光柵的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感技術(shù)是伴隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種以光為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界信號(待測量)的新型傳感技術(shù)。當這種外界信號為壓力時，即構(gòu)成光纖壓力傳感器。相比于傳統(tǒng)的機電傳感器，光纖傳感器具有本質(zhì)防爆、抗電磁干擾、性能穩(wěn)定、耐腐蝕、重量輕等優(yōu)點，適用于惡劣環(huán)境使用。
[0003]光纖布拉格光柵(FBG)作為一種新型的光纖無源器件，在光纖傳感領域具有廣闊的應用前景。除了具有普通光纖傳感器的優(yōu)點外，F(xiàn)BG傳感器還能實現(xiàn)多點復用、分布式測量、自參考等優(yōu)點，因此，已經(jīng)廣泛應用于石油化工、醫(yī)學、核工業(yè)、土木工程、航空航天等多個領域。
[0004]目前，F(xiàn)BG壓力傳感方案通?；谝韵略?壓力引入的雙折射造成普通光纖中FBG反射峰分裂(分裂出的兩個峰屬于不同偏振模)，或者是保偏光纖中反射譜的偏振模光譜間隔發(fā)生變化，通過測量兩個偏振模反射峰光譜間隔，得到壓力大小。
[0005]然而，F(xiàn)BG的帶寬與微小應力引入的反射峰的光譜間隔相比通常太寬，給壓力傳感的高分辨率測量帶來一定障礙。目前已提出的實現(xiàn)高分辨率傳感的方案主要有基于η相移光柵、長周期光柵以及可逆抽樣光柵這幾種，但是η相移光柵和可逆抽樣光柵在加工上相對于普通光柵較為復雜，給這種傳感器的大規(guī)模應用帶來不便，長周期光柵對溫度比較敏感，存在比較嚴重的串擾問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提出能克服以上缺陷的一種基于普通FBG構(gòu)成的法布里-珀羅腔(FBG-FP)的傳感器。
[0007]本實用新型由兩個金屬板、一根支撐光纖和一根具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖組成，所述支撐光纖和具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖平行地夾持在兩個金屬板之間；所述具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖為內(nèi)設包括兩個相同的光纖光柵的單模光纖，所述兩個金屬板完全覆蓋了具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖中的兩個光纖光柵作為反射面的法布里-珀羅結(jié)構(gòu)段，具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖的兩端分別設置在兩個金屬板外側(cè)；兩個金屬板相對的面分別為光滑的平面。
[0008]本實用新型以具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖作為測量元件，施加在金屬板外的壓力通過金屬板傳遞到測量光纖上，而兩個金屬板外側(cè)的具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖的兩端可以作為相應檢測儀器的信號連接端口。本實用新型除了能實現(xiàn)高分辨率傳感外，該方案還具有溫度不敏感性，靈敏度及動態(tài)范圍可選、易于加工的優(yōu)點。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0010]1.高分辨率:入射光被兩端的FBG反射后在法布里-珀羅腔內(nèi)發(fā)生多光束干涉，產(chǎn)生多個帶寬遠小于FBG反射帶寬的透射峰諧振峰，從而解決單個FBG反射帶寬過大而不能實現(xiàn)微小應力辨別的問題。
[0011]2.溫度不敏感性:由于屬于不同偏振模的兩個透射峰具有相同的溫度響應，其波長間隔不會受到溫度影響，從而使本實用新型的溫度傳感器具有溫度不敏感的優(yōu)點。
[0012]3.靈敏度及動態(tài)范圍可選:所測波長間隔對壓力響應靈敏度會因為光纖放置角度不同而不同，因此可以根據(jù)需求通過改變光纖放置角度實現(xiàn)不同靈敏度和動態(tài)范圍。
[0013]4.易于加工:法布里珀羅反射腔是由兩個普通FBG構(gòu)成，與普通FBG傳感方案相t匕，不會帶來額外加工難度。
[0014]5.可方便地分別測量到精準的用于共振腔激光器來產(chǎn)生雙波長激光和微波信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是為本實用新型基于光纖光柵的壓力傳感器的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為圖1的左側(cè)向示意圖。
[0017]圖3為本實用新型的壓力傳器器在有無橫向壓力下的透射傳輸譜。
[0018]圖4為以橫向壓力為自變量，壓力傳器中FBG-FP透射的波長尖峰響應關(guān)系圖。
[0019]圖5為不同光纖放置角度下，以橫向作用力為自變量，壓力傳器中FBG-FP的響應關(guān)系圖。
[0020]圖6為將壓力傳器器用于共振腔激光器來產(chǎn)生雙波長激光和微波信號的連接示意圖。
[0021]圖7為雙波長激光器激光輸出光譜測量圖。
[0022]圖8為雙波長激光器所產(chǎn)生的拍頻的電頻譜測量圖。
[0023]圖9為雙波長激光器拍頻與橫向壓力的變化關(guān)系圖。

【具體實施方式】
[0024]一、本實用新型壓力傳感器的結(jié)構(gòu)特征:
[0025]如圖1所不,壓力傳感器由兩個金屬板1、一根支撐光纖2和一根具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖3組成。支撐光纖2和具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖3平行地夾持在兩個金屬板I之間；兩個金屬板I相對的面分別為光滑的平面。
[0026]如圖2所不,具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖3為內(nèi)設包括兩個相同的光纖光柵31的單模光纖，兩個金屬板I完全覆蓋了具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖3中的兩個以光纖光柵31作為反射面的法布里-珀羅結(jié)構(gòu)段，具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖3的兩端32和33分別設置在兩個金屬板I的外側(cè)。
[0027]二、壓力傳感器的特性:
[0028]1、圖3分別顯示了本實用新型的壓力傳器器的透射傳輸譜。其中曲線I為具有橫向壓力下的傳輸譜，曲線2為無壓力下的透射傳輸譜。
[0029]從圖3中明顯可見:透射傳輸譜中出現(xiàn)多個尖銳透射峰，且在具有橫向壓力作用下的傳輸譜尖峰數(shù)量是無壓力情況下的兩倍，這是由于橫向壓力在光纖中引入的雙折射，每個傳輸峰都分裂為一對。
[0030]2、為以橫向壓力為自變量，壓力傳器中FBG-FP透射的波長尖峰響應關(guān)系圖，如圖4所示:當壓力增加時，尖峰2幾乎線性地向長波長方向漂移，而尖峰I幾乎保持不變，從而導致當壓力增加時，波長間隔呈線性變化。另外尖峰I的波長略微比無壓力狀態(tài)下的原始傳輸尖峰對應波長大一些。
[0031]圖5顯示了不同角度下，以橫向作用力為自變量，壓力傳器中FBG-FP的響應關(guān)系。圖5中曲線1、2、3、4分別代表了光纖放置角度旋轉(zhuǎn)0°、90°、180°和270 °條件下側(cè)量的，壓力敏感度分別是 48.9、44.6、74.I 和 91.8 pm/ (N mm1)。
[0032]可見，不同光纖角度下的壓力敏感度明顯不同。通過選擇光纖的不同放置角度，可以用一個FBG-FP實現(xiàn)不同的敏感度和測量動態(tài)范圍。
[0033]三、應用:
[0034]利用光的拍頻，壓力傳器可被應用于共振腔激光器來產(chǎn)生雙波長激光和微波信號，并用于壓力傳感。
[0035]如圖6所示，將壓力傳感器I中具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖的兩端分別連接在環(huán)行器2的兩個輸入端，環(huán)行器2的輸出端連接偏振控制器3的一端，偏振控制器3的另一端連接一段Er和Yb共摻雜的增益光纖4，然后連接一個3db帶寬為0.19nm的切趾光纖光柵5，光纖光柵5的另一端通過波分復用器6與10:90的稱合器7的輸入連接,稱合器7的一個輸出端連接光譜議8，耦合器的另一個輸出端通過光電探測器9與電頻譜議10連接。
[0036]切趾FBG被安裝在光纖拉伸器上來調(diào)節(jié)中心波長，從而能夠選擇性地與受壓FBG-FP的特定傳輸峰相匹配。激光器由一個980/1550波分復用器泵浦，波分復用器被熔接在諧振腔的一段從而減小諧振腔長度。激光輸出被發(fā)射到一個10:90耦合器7中。10%的激光輸出被光譜儀8監(jiān)控，90%的輸出光進入光探測器9，拍頻信號通過電頻譜儀10觀察。
[0037]圖7顯示了橫向壓力為1.34N/mm時，激光器的出射譜，可以觀察到屬于不同偏振態(tài)的兩個輸出峰。
[0038]圖8顯示了這種情況下測得的電頻譜，具有一個峰值，對應激光器的拍頻。
[0039]圖9顯示了雙波長激光器拍頻隨橫向壓力變化趨勢，呈線性關(guān)系，相應壓力敏感度為 5.95GHz/N/mm。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵的壓力傳感器，其特征在于:由兩個金屬板、一根支撐光纖和一根具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖組成，所述支撐光纖和具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖平行地夾持在兩個金屬板之間；所述具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖為內(nèi)設包括兩個相同的光纖光柵的單模光纖，所述兩個金屬板完全覆蓋了具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖中的兩個光纖光柵作為反射面的法布里-珀羅結(jié)構(gòu)段，具有FBG-FP結(jié)構(gòu)的光纖的兩端分別設置在兩個金屬板外側(cè)；兩個金屬板相對的面分別為光滑的平面。
【文檔編號】G01L1/24GK204241138SQ201420586024
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】舒學文, 申方成 申請人:揚州市潤特光電科技有限公司