基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器

摘要

基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器，属于光纤传感领域。其特征在于：单模光纤(1)、望远镜式熔锥(2)、纤芯错位(3)组成；该传感器利用新型的望远镜式熔锥结构构成马赫曾德干涉测量微位移，大幅度提高灵敏度。

说明书

技术领域

本发明提供了一种由新型的单模光纤熔锥结构构成的微位移传感器，属于光纤传感技术领域。 

背景技术

在一些需要精确测量及控制位移的场合需要利用微位移传感器。光纤传感器由于具有质量轻、体积小、抗电磁干扰、价格低廉等优点，因而比基于电的位移传感器应用空间更加广泛。然而，以往的光纤微位移传感器多采用光子晶体光纤或多模光纤，其价格高昂且制作工艺复杂，而灵敏度却不十分理想。本发明采用一种新型的单模光纤熔锥，级联纤芯错位，形成马赫曾德干涉探测微位移，有效地提高了微位移传感器的灵敏度。本发明采用普通的单模光纤，结构简单大大降低了微位移传感器的成本。 

发明内容

本发明目的在于提供一种基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器。其结构简单、灵敏度高等特点。 

本发明通过以下技术方案实现： 

基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器，其特征在于：单模光纤1、望远镜式熔锥2、纤芯错位3组成；望远镜式熔锥2是在普通单模光纤1上经过光纤熔接机熔接而成，纤芯错位3是将两段普通单模光纤1错位对接而成。 

所述的基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器，其特征在于：单模光纤1的纤芯直径9μm，包层直径125μm。 

所述的基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器，其特征在于：望远镜式熔锥2的直径范围为80～100μm，长度范围为95～120μm。 

所述的基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器，其特征在于：望远镜式熔锥2与纤芯错位3的距离范围是1～2cm。 

本发明的工作原理是：由宽带光源发出的光在单模光纤中传播，经望远镜式熔锥时，少部分光耦合进包层，大部分光仍然留在纤芯中，进入包层中的光能在包层中传输很短的距离，经过纤芯错位时，包层中的光又被耦合进纤芯中，因为光在包层中传输与在纤芯中传输的折射率不同，而产生相位差，进而会发生干涉，构成马赫曾德干涉仪。错位的程度不同致使包层和纤芯中的光相对强度不同，干涉强度因此会发生变化。 

本发明的有益效果是：在普通单模光纤上利用新型的熔锥结构测量微位移，成本降低， 制作简便，灵敏度大幅提高。 

附图说明

图1是基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器示意图； 

图2是不同微位移情况下透射光谱图； 

图3是基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器的温度误差图； 

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步描述： 

参见附图1，基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器，由单模光纤1、望远镜式熔锥2、纤芯错位3组成；望远镜式熔锥2是在普通单模光纤1上经过光纤熔接机熔接而成，其参数为重叠范围为7～12μm，放电功率为标准+2bit，断面间隔范围为10～12μm，放电时间范围为2000～2500ms，锥形长度范围为16～20μm。纤芯错位3是将两段普通单模光纤1错位对接而成。 

图2是不同微位移情况下透射光谱图。微位移由0μm到12μm时没有干涉现象，位移由12μm到26μm时出现干涉条纹，并且在26μm时干涉条纹对比度最大。首先，微位移在0μm到12μm内，错位较小，纤芯内光强度远远大于包层内光强度，干涉条纹可见度极小，因此看不到干涉条纹；随着微位移的增加，由熔锥纤芯耦合进错位端纤芯的光越来越少，而由包层耦合进错位端纤芯的光越来越多，二者强度越来越接近，干涉条纹可见度逐渐增大，到26μm处，二者光强度最相近，因此干涉条纹可见度最大。 

图3是基于望远镜式熔锥结构的马赫曾德干涉高灵敏微位移传感器的温度误差图。实验选择位移为20μm处时温度由20C增加到80C的透射谱图。其温度误差为0.023dB/℃。对于传感器而言，温度变化的影响几乎可以忽略不计。