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基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，包括寬帶光源、單模光纖、扭轉(zhuǎn)傳感探頭和光譜分析儀。所述的寬帶光源通過(guò)單模光纖與扭轉(zhuǎn)傳感探頭一端連接，扭轉(zhuǎn)傳感探頭另一端通過(guò)單模光纖連接到光譜分析儀上。所述的扭轉(zhuǎn)傳感探頭是將方形光纖兩端與單模光纖熔接構(gòu)成。扭轉(zhuǎn)傳感探頭一端固定在光纖夾持器上，另一端固定在光纖扭轉(zhuǎn)器上，保證光纖夾持器不動(dòng)，光纖扭轉(zhuǎn)器與扭轉(zhuǎn)傳感探頭固定的一端為扭轉(zhuǎn)端，調(diào)節(jié)光纖扭轉(zhuǎn)器，轉(zhuǎn)動(dòng)角度就可在圓周內(nèi)自由選擇。當(dāng)光纖發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，輸出干涉光譜會(huì)隨著扭轉(zhuǎn)角度的變化而發(fā)生漂移，通過(guò)解調(diào)干涉光譜變化可以實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)角度的測(cè)量。本發(fā)明提供的測(cè)試系統(tǒng)研制工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、靈敏度高、不受外界溫度變化的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]扭轉(zhuǎn)角度和扭轉(zhuǎn)方向是大型土木工程中建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和許多傳感應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注的一個(gè)重要不可缺少的參量。傳統(tǒng)扭轉(zhuǎn)傳感器，有基于機(jī)械式、電磁式和體光柵式等多種結(jié)構(gòu)。機(jī)械式傳感結(jié)構(gòu)和體光柵式傳感結(jié)構(gòu)受到機(jī)械加工精度要求、材料與器件特性的非線性制約。而電磁式傳感結(jié)構(gòu)易受外界的電磁場(chǎng)干擾，并且它們因尺寸較大不易于埋入結(jié)構(gòu)中限制了其應(yīng)用范圍。
[0003]光纖傳感技術(shù)以光纖為物理媒質(zhì)、以光波為信息載體，具有結(jié)構(gòu)小巧、靈敏度高、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕、以及便于遠(yuǎn)距離遙測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到越來(lái)越廣泛的研究和應(yīng)用。光纖傳感技術(shù)非常適合于應(yīng)用在一些傳統(tǒng)傳感器受到限制的領(lǐng)域。光纖傳感器按照其傳感機(jī)理可以分為強(qiáng)度調(diào)制型、干涉型、光纖光柵型、光纖激光型等。
[0004]光纖扭轉(zhuǎn)傳感器因結(jié)構(gòu)緊湊、易于埋入工程結(jié)構(gòu)中、靈敏度高、易復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，在扭轉(zhuǎn)量傳感方面也具有廣泛的應(yīng)用前景。基于普通光纖布拉格光纖光柵或長(zhǎng)周期光柵等的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器是目前應(yīng)用較多的，但是，這些光纖扭轉(zhuǎn)傳感器普遍存在扭轉(zhuǎn)靈敏度低、機(jī)械強(qiáng)度弱、扭轉(zhuǎn)測(cè)量角度范圍小等問(wèn)題，而且對(duì)于長(zhǎng)周期光柵和布拉格光柵，外界溫度的變化會(huì)對(duì)結(jié)果帶來(lái)很大的影響。對(duì)于基于雙模高雙折射光子晶體光纖的光纖扭轉(zhuǎn)傳感器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且光子晶體光纖價(jià)格昂貴。這些裝置在實(shí)際應(yīng)用中受到限制，不能被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)和研究中。所以急需在材料和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，研制出工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低并且靈敏度高的光纖扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、可以免于溫度變化的影響，能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、制作方便、成本低的基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0007]基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，包括寬帶光源、單模光纖、扭轉(zhuǎn)傳感探頭和光譜分析儀；所述的寬帶光源通過(guò)單模光纖與扭轉(zhuǎn)傳感探頭連接，扭轉(zhuǎn)傳感探頭另一端通過(guò)單模光纖連接到光譜分析儀上；扭轉(zhuǎn)傳感探頭光纖一端的單模光纖固定于光纖夾持器，另一端的單模光纖固定在光纖扭轉(zhuǎn)器上；
[0008]所述的扭轉(zhuǎn)傳感探頭是由將方形光纖的兩端與單模光纖熔接構(gòu)成；
[0009]所述的方形光纖長(zhǎng)度為1.5-2.5cm。
[0010]所述光纖扭轉(zhuǎn)器與扭轉(zhuǎn)傳感探頭固定的一端為扭轉(zhuǎn)端,調(diào)節(jié)光纖扭轉(zhuǎn)器，轉(zhuǎn)動(dòng)角度就可在圓周內(nèi)自由選擇。
[0011]本發(fā)明制作的基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)的工作原理:[0012]當(dāng)光從單模光纖進(jìn)入方形光纖中，光會(huì)在方形光纖中誘導(dǎo)出多個(gè)模式，并且這些模式在沿著方形光纖傳播中會(huì)發(fā)生干涉。當(dāng)光纖發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，沿著光纖會(huì)出現(xiàn)很多個(gè)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力區(qū)域，這樣會(huì)導(dǎo)致周期性的折射率調(diào)制，最終影響到波長(zhǎng)的變化和干涉強(qiáng)度的變化。
[0013]當(dāng)光從單模光纖進(jìn)入方形光纖中，光會(huì)在方形光纖中誘導(dǎo)出多個(gè)模式，比如在L和
[ 生方形光纖的任何處的電場(chǎng)分布為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于方形波導(dǎo)的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)包括寬帶光源、單模光纖、扭轉(zhuǎn)傳感探頭和光譜分析儀；所述的寬帶光源通過(guò)單模光纖與扭轉(zhuǎn)傳感探頭的一端連接，扭轉(zhuǎn)傳感探頭另一端通過(guò)單模光纖連接到光譜分析儀上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的扭轉(zhuǎn)傳感探頭是由方形光纖將兩端與單模光纖無(wú)偏心對(duì)接熔接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的方形光纖長(zhǎng)度為1.5-2.5cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的扭轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述的扭轉(zhuǎn)傳感探頭一端的單模光纖固定于光纖夾持器上，另一端的單模光纖固定在光纖扭轉(zhuǎn)器上，保證光纖夾持器不動(dòng)，所述光纖扭轉(zhuǎn)器與扭轉(zhuǎn)傳感探頭固定的一端為扭轉(zhuǎn)端，調(diào)節(jié)光纖扭轉(zhuǎn)器，轉(zhuǎn)動(dòng)角度就可在圓周內(nèi)自由選擇。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103940376SQ201410186836
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】苗銀萍, 藺際超, 林煒, 張楷亮, 袁育杰, 張昊, 劉波 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)