專利名稱：使用多模干涉sms結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的fbg加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾 波器的光纖布拉格光柵(FBG)加速度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與傳統(tǒng)的電式傳感器相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)靈敏度高、重量輕、體積 小、抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕。由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖又是電絕 緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，并且安全可靠，這使它可以方便有效地應(yīng)用于各種大型機(jī)電、石油 化工、礦井等強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。FBG的傳感原理是其中心反射波長(zhǎng)與光纖光柵周期和纖芯的有效折射率相關(guān)， 所以當(dāng)被測(cè)物理量引起FBG的周期或者有效折射率改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其反射波長(zhǎng)變化。除了 具有一般光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)外，光纖光柵傳感器還具有獨(dú)特的波分復(fù)用能力，可大大減少 傳感網(wǎng)絡(luò)的布線工作。由于FBG具有很高的應(yīng)變靈敏度，F(xiàn)BG應(yīng)變傳感器被廣泛應(yīng)用在工 程結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)中，并逐漸發(fā)展出測(cè)量其他物理量(如加速度、振動(dòng)等)的傳感器。FBG加速度傳感器具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬、不受電磁干擾、耐腐蝕、抗沖擊振 動(dòng)、抗疲勞、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)?？捎糜趲r土工程的變形、位置相對(duì)移動(dòng)的測(cè)量，也可用于病 害工程的裂縫監(jiān)測(cè)。鑒于光纖光柵加速度傳感器的上述優(yōu)勢(shì)，光纖光柵加速度傳感器的應(yīng)用范圍較 廣，涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中 使用，解決了許多行業(yè)多年來(lái)一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場(chǎng)需求。在實(shí)際工程應(yīng)用中，使用光纖光柵加速度傳感器進(jìn)行波長(zhǎng)測(cè)量時(shí)，需要使用光纖 光譜儀、波長(zhǎng)計(jì)等進(jìn)行測(cè)量，然而此類儀器價(jià)格較高、體積較大、掃描速度較慢、攜帶不方 便，不適合用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。而強(qiáng)度解調(diào)型FBG傳感器測(cè)量的是傳 感光信號(hào)的強(qiáng)度或光功率，避免了使用波長(zhǎng)解調(diào)型FBG傳感器的缺點(diǎn)，達(dá)到了降低系統(tǒng)成 本和增強(qiáng)傳感系統(tǒng)實(shí)用性的效果。因此，如何設(shè)計(jì)制作出強(qiáng)度解調(diào)型光纖光柵加速度傳感 器提高其實(shí)用性是光纖傳感領(lǐng)域的一個(gè)重要技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中加速度傳感器靈敏度不高和傳感器裝 置價(jià)格昂貴的問題，提供了一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感
ο本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包括寬帶光源、光纖 布拉格光柵(FBG)、3dB耦合器、單模-多模-單模干涉結(jié)構(gòu)(SMS)、光功率計(jì)(OPM)。3dB耦合器一邊的端口與FBG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源一端和SMS光纖結(jié)構(gòu)一端光連接；SMS光纖結(jié)構(gòu)的另一端與光功率計(jì)光連接。本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于實(shí)際應(yīng)用，具有較寬工作范圍，并且能減 少儀器非線性因素影響的高靈敏度強(qiáng)度解調(diào)型光纖光柵加速度傳感器。本實(shí)用新型所具有 的有益效果為以粘貼在等腰三角形懸臂梁上的FBG作傳感頭，大大提高了傳感器的靈敏 度和測(cè)量范圍并且可以抗電磁干擾。采用SMS光纖結(jié)構(gòu)形成的干涉條紋的任意一個(gè)邊沿的 線性區(qū)作為濾波器對(duì)FBG加速度傳感器進(jìn)行強(qiáng)度解調(diào)，使用簡(jiǎn)單的光功率計(jì)監(jiān)測(cè)FBG傳感 器隨加速度的變化成為可能，這樣既降低了傳感裝置的成本，又可把整個(gè)傳感裝置封裝在 一起。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述。如圖1所示，一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包 括寬帶光源l、3dB耦合器2、等腰三角形懸臂梁3、光纖布拉格光柵(FBG)4、質(zhì)量塊5、入射 單模光纖6、多模光纖7、出射單模光纖8、光功率計(jì)9。寬帶光源1經(jīng)3dB耦合器2，其一端 口連接光纖布拉格光柵(FBG) 4，光纖布拉格光柵(FBG) 4粘貼在等腰三角形懸臂梁3上，等 腰三角形懸臂梁3右端連接質(zhì)量塊5，本實(shí)用新型中質(zhì)量塊5的質(zhì)量要遠(yuǎn)大于懸臂梁的質(zhì) 量，用于減少光纖光柵加速度傳感器的非線性效應(yīng)。3dB耦合器2的另一個(gè)端口連接入射單 模光纖6，入射單模光纖6與多模光纖7的一端連接，多模光纖7的另一端與出射單模光纖 8連接組成SMS光纖結(jié)構(gòu)。將形成的SMS光纖結(jié)構(gòu)連接到光功率計(jì)9。本實(shí)用新型裝置的工作方式為寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)3dB耦合器入射到FBG傳感 器，經(jīng)過FBG的反射光再次經(jīng)過3dB耦合器后入射進(jìn)多模干涉SMS光纖結(jié)構(gòu)，光經(jīng)過SMS光 纖結(jié)構(gòu)后入射到光功率計(jì)，光功率計(jì)在出射單模光纖端監(jiān)測(cè)功率變化，該裝置正是通過監(jiān) 測(cè)反射光功率變化來(lái)反映FBG傳感器受加速度的變化。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)傳感測(cè)量加速度信息的關(guān)鍵技術(shù)為FBG的中心波長(zhǎng)變化范圍必 須在多模干涉SMS光纖結(jié)構(gòu)的干涉峰的任意一個(gè)臂的邊沿線性區(qū)；SMS光纖結(jié)構(gòu)的線性區(qū) 是把FBG的波長(zhǎng)變化轉(zhuǎn)化為光功率變化的工具。本實(shí)施例中FBG的長(zhǎng)度為1. 5cm，波長(zhǎng)為1550nm ；使用的多模干涉SMS光纖結(jié)構(gòu)中 多模光纖為40mm，SMS光纖結(jié)構(gòu)形成的干涉條紋的帶寬范圍15nm。
權(quán)利要求1. 一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包括寬帶光源、光 纖布拉格光柵(FBG)、3dB耦合器、單模-多模-單模干涉結(jié)構(gòu)(SMS)、光功率計(jì)(OPM)；其特 征在于3dB耦合器一邊的端口與FBG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與 寬帶光源一端和SMS光纖結(jié)構(gòu)一端光連接；SMS光纖結(jié)構(gòu)的另一端與光功率計(jì)光連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種使用級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期光柵作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器。傳統(tǒng)的加速度傳感器不能在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中工作，多點(diǎn)測(cè)量的成本過高。一種使用多模干涉SMS結(jié)構(gòu)作為邊緣濾波器的FBG加速度傳感器，包括寬帶光源、光纖布拉格光柵(FBG)、3dB耦合器、單模-多模-單模干涉結(jié)構(gòu)(SMS)、光功率計(jì)(OPM)；其特征在于3dB耦合器一邊的端口與FBG的一端光連接，3dB耦合器另一邊的兩個(gè)端口分別與寬帶光源一端和SMS光纖結(jié)構(gòu)一端光連接；SMS光纖結(jié)構(gòu)的另一端與光功率計(jì)光連接。本實(shí)用新型靈敏度高、抗干擾、降低了傳感器和傳感系統(tǒng)的成本。
文檔編號(hào)G01P15/03GK201903554SQ201020642400
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者何少靈, 張文超, 李嵐, 王廣東, 趙宇, 郭喜鳳 申請(qǐng)人:李嵐