本实用新型属于位移传感器技术领域,特别涉及一种基于光纤的微位移传感器。该位移传感器包括宽带光源、耦合器和光谱仪;所述耦合器的第一端口与宽带光源通过光纤连接,耦合器的第二端口与光谱仪通过光纤连接,耦合器的第三端口与第四端口分别连接一根测量光纤,两根测量光纤的自由端有一段平行或共线,两根测量光纤的自由端的纵向偏移量为G,横向偏移量为S;其中,G为0~1mm,S不大于测量光纤的直径。利用两测量光纤的端面的距离变化来实验位移传感,稳定性高,其敏感度远远大于已有的光纤传感器,并且敏感度随着两光纤间隙的减小而增大,能够实现超高敏感度的位移测量。另外,该传感器中不需要高双折射的保偏光纤,在制作成本上也大大降低。
1.基于光纤的微位移传感器,包括宽带光源(1)、耦合器(2)和光谱仪(3),其特征在于:所述耦合器(2)的第一端口(21)与宽带光源(1)通过光纤连接,耦合器(2)的第二端口(22)与光谱仪(3)通过光纤连接,耦合器(2)的第三端口(23)与第四端口(24)分别连接一根测量光纤,两根测量光纤的自由端有一段平行或共线,两根测量光纤的自由端的纵向偏移量为G,横向偏移量为S;其中,G为0~1mm,S不大于测量光纤的直径。技术领域
本实用新型属于位移传感器技术领域,特别涉及一种基于光纤的微位移传感器,适用于工业加工、自动化控制领域。
背景技术
光纤传感器的优势在于抗电磁干扰、结构简单紧凑、实验测量。已经实用化的光纤位移传感器主要包括两大类:强度传感器和波长传感器。强度传感器是最早出现的位移传感器,并且已经被用作商用几十年,这得益于其极度简单的结构和较高的实用性。其基本工作原理是通过不同的位移值影响通过传感器接收到的光功率,不同的位移对应于不同的光功率值,以此达到传感的目的。多数强度传感器只有一个输出和一个输出,对光源的功率稳定性要求较高,为了解决这个缺陷,采用两个输出光纤的结构能够避免光源的功率波动对测量精度的影响。无论是以上哪种结构的位移强度传感器,它们的传感精度都相对较低,随着技术的不断发展,波长传感器在测量敏感度上有了十分巨大的进步。最主要的一种波长传感器是以干涉仪原理为基础,这种传感器不仅对光源的功率波动免疫,而且在敏感度也很高。干涉仪结构通常包括马赫曾德尔干涉、萨尼亚克干涉仪、迈克尔逊干涉仪、FP腔干涉仪、多模干涉仪等。马赫曾德尔干涉仪是将输出光分成两路,在不同的路径中传输,这使得其在温度和振动的稳定性上较差;迈克尔逊干涉仪也一样,只是将光的分束与合束用一个结构来完成,同样不能避免外界干扰的影响。FP腔通常较短,对温度和振动的稳定性较好,但位移的敏感度不高。萨尼亚克干涉仪的两束光在同一个光纤中传输,外界干扰的影响大大降低,因此,它可以被用来做稳定的位移传感,但是已经报道的传感器在位移敏感度上都不高,并且在光纤环中都需要高双折射的光纤作为偏振控制器件,这使得其制作成本也较高。因此,目前的光纤位移传感器所面临的问题是:稳定性差、敏感度低和成本高。
发明内容
本实用新型针对现有的光纤位移传感器的缺点,提供了一种基于光纤的微位移传感器。本实用新型采用的技术方案为:该位移传感器包括宽带光源、耦合器和光谱仪;所述耦合器的第一端口与宽带光源通过光纤连接,耦合器的第二端口与光谱仪通过光纤连接,耦合器的第三端口与第四端口分别连接一根测量光纤,两根测量光纤的自由端有一段平行或共线,两根测量光纤的自由端的纵向偏移量为G,横向偏移量为S;其中,G为0~1mm,S不大于测量光纤的直径。本实用新型的有益效果为:利用两测量光纤的端面的距离变化来实验位移传感,稳定性高,其位移传感的敏感度远远大于已有的光纤传感器,并且敏感度随着两光纤间隙的减小而增大,能够实现超高敏感度的位移测量。另外,该传感器的测量部分构成Sagnac环结构,但不需要高双折射的保偏光纤,在制作成本上也大大降低。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。图2为两根测量光纤的相对位置关系图。图中标号:1-宽带光源;2-耦合器;21-第一端口;22-第二端口;23-第三端口;24-第四端口;3-光谱仪。
具体实施方式
本实用新型提供了一种基于光纤的微位移传感器,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步描述。该位移传感器的结构如图1所示,包括宽带光源1、耦合器2和光谱仪3。耦合器2的第一端口21与宽带光源1通过光纤连接,耦合器2的第二端口22与光谱仪3通过光纤连接,耦合器2的第三端口23与第四端口24分别连接一根测量光纤,两根测量光纤的自由端有一段平行或共线,两根测量光纤的自由端的纵向偏移量为G,横向偏移量为S,如图2所示;其中,G为0~1mm,S不大于测量光纤的直径。使用该位移传感器可以测量微小的纵向位移和横向位移,其方法分别为:将两根测量光纤的自由端分别固定在一个可能发生相对位移的器件上。如果两根测量光纤末端横截面完全对齐,光谱仪3的输出显示将不会有干涉现象出现,因此,将横向偏移量S设置为不大于测量光纤的直径的一个固定值并保持不变,测量光纤轴线方向上的纵向偏移量G的变化会使光谱仪3的自由光谱范围发生变化,以此来测量微小的纵向位移。将纵向偏移量G设置为0~1mm之间的一个固定值并保持不变,测量光纤横向上的横向偏移量S的变化会使光谱仪3的传输光谱波长发生漂移,以此来测量微小的横向位移。