一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器、曲率测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器、曲率测量装置和方法，曲率传感器包括：强耦合多芯光纤，包括一个中心纤芯和六个位于中心纤芯外围的以正六边形形状排列的外围纤芯，中心纤芯和外围纤芯的轮廓均为正六边形；七个相同中心波长的FBG，分别写入中心纤芯和六个外围纤芯的相同位置；第一单模光纤和第二单模光纤，分别与中心纤芯的两端对准熔接。本发明专利技术当强耦合多芯光纤发生弯曲时，其反射光谱没有明显的波长移动；随着光纤的弯曲，两种超模的模式分布会发生改变，其有效折射率差也会发生变化；曲率半径的大小决定参与干涉的两个超模之间的累积相位差变化量；从而两个超模干涉引起了缺口深度的变化，而温度几乎不受影响。度几乎不受影响。度几乎不受影响。

【技术实现步骤摘要】
一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器、曲率测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及曲率检测领域，尤其涉及一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器、曲率测量装置和方法。

技术介绍

[0002]曲率是描述物体形状的一个重要参数，曲线的曲率(curvature)就是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度。数学上表明曲线在某一点的弯曲程度的数值。曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大。通过对曲率的测量可以了解物体形状的变化趋势。曲率传感器在结构体健康监测、航空航天、机器人学、表面形状测量等方面具有广泛的应用前景，其中基于光纤光栅的曲率传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰能力强和准分布式测量等优点得到国内外学者的青睐。
[0003]光纤光栅是近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一。由于它具有许多独特的优点，因而在光纤通信、光纤传感等领域都有着广阔的应用前景，被认为是继掺铒光纤放大器(EDFA)技术之后光纤技术发展的又一重大突破。随着光纤光栅制作技术的不断完善，应用成果的益增加，使得光纤光栅已成为目前最具发展前途，最具代表性的光纤无源器件之一。光纤光栅的出现，极大地拓宽了光纤技术的应用范围。拉格光纤光栅(FBG)作为一种非常重要的传感元件，也广泛应用在光纤传感的许多领域。
[0004]Y.P.Wang等人提出的一种基于级联的长周期光纤光栅(Long Period Fiber Grating,LPG)曲率传感器，用紫外曝光写入的LPG只受曲率的影响，而两个二氧化碳激光器写入的LPG用于解调弯曲方向(Y.P.Wang,Y.J.Rao.“A Novel Long Period Fiber Grating Sensor Measuring Curvature and Determining Bend
‑
Direction Simultaneously,”IEEE Sensors Journal,2005,5(5):839～843.)。此外，J.Kong等人提出了一种基于正交级联偏芯光纤布拉格光栅的二维弯曲传感器，该方案通过比较两个偏芯光纤的中心波长漂移来解调曲率和弯曲方向。(J.Kong,A.Zhou,C.Cheng,et al.“Two
‑
Axis Bending Sensor Based on Cascaded Eccentric Core Fiber Bragg Gratings,”IEEE Photonics Technology Letters,2016,28(11):1237～1240.)。
[0005]然而在实际应用中，曲率传感器在测量曲率的同时往往伴随着温度的变化。传感器所采集的传感信号是弯曲曲率与温度变化共同作用的结果。现有的曲率传感器解调方案无法区分曲率和温度，因此曲率解调时存在误差。
[0006]为解决现有方案中存在的问题，提出了一种基于强耦合多芯光纤布拉格光栅的传感器，可实现温度不敏感曲率传感器，属于本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器、曲率测量装置和方法，解决现有技术无法区分弯曲曲率和温度变化导致
曲率解调时存在误差的问题。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]本专利技术的第一方面，提供一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器，包括：
[0010]强耦合多芯光纤，包括一个中心纤芯和六个位于所述中心纤芯外围的以正六边形形状排列的外围纤芯，所述中心纤芯和外围纤芯的轮廓均为正六边形；
[0011]七个相同中心波长的FBG，分别写入中心纤芯和六个外围纤芯的相同位置；
[0012]第一单模光纤和第二单模光纤，分别与所述中心纤芯的两端对准熔接。
[0013]进一步地，所述中心纤芯的六个边与六个外围纤芯的其中一个边对准。
[0014]进一步地，所述FBG的写入方式包括相位掩膜法、飞秒激光直写法或电弧放电制备法。
[0015]进一步地，所述FBG位于中心纤芯和六个外围纤芯的中间位置。
[0016]本专利技术的第二方面，提供一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0017]在具有中心纤芯的强耦合多芯光纤两端分别对准熔接第一单模光纤和第二单模光纤；所述强耦合多芯光纤中心纤芯的外围的包括以正六边形形状排列的外围纤芯，所述中心纤芯和外围纤芯的轮廓均为正六边形；
[0018]在中心纤芯和六个外围纤芯的相同位置分别写入七个相同中心波长的FBG。
[0019]本专利技术的第三方面，提供一种基于温度不敏感曲率传感器的曲率测量装置，所述装置包括：
[0020]所述的曲率传感器；
[0021]光源，与曲率传感器的输入端连接；
[0022]光谱分析仪，与曲率传感器的输出端连接，用于根据曲率传感器的输出计算得到光谱；
[0023]曲率计算装置，与光谱分析仪连接，用于根据所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度计算得到曲率值。
[0024]进一步地，所述根据所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度计算得到曲率值包括：利用所述深度
‑
曲率曲线和所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度，计算得到实际曲率值。
[0025]进一步地，所述曲率测量装置还包括：
[0026]实验固定装置，用于固定所述曲率传感器处于不同实验曲率；所述光谱分析仪还用于计算得到在所述实验固定装置固定下的不同曲率下的实验光谱；
[0027]所述曲率计算装置还用于根据实验固定装置得到实验曲率值，并利用所述实验光谱得到实验缺口深度；所述曲率计算装置还用于将不同实验曲率值下的实验缺口深度计算得到深度
‑
曲率曲线。
[0028]本专利技术的第四方面，提供一种基于温度不敏感曲率传感器的曲率测量方法，采用所述的曲率传感器的输出数据；所述方法包括以下步骤：
[0029]获取由待测量曲率传感器的输出数据转化成的光谱；
[0030]根据所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度计算得到曲率值。
[0031]进一步地，所述根据所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度计算得到曲率值，包括：
[0032]利用所述深度
‑
曲率曲线和所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度，计算得到实际曲率值。
[0033]进一步地，所述深度
‑
曲率曲线的获取方式，包括：
[0034]获取所述曲率传感器处于不同实验曲率时的实验光谱；
[0035]计算各个实验光谱的实验缺口深度；
[0036]将不同实验曲率值下的实验缺口深度进行计算，得到深度
‑
曲率曲线。
[0037]本专利技术的第五方面，基于所述的曲率测量方法的实现，还提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的一种基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器，其特征在于：包括：强耦合多芯光纤，包括一个中心纤芯和六个位于所述中心纤芯外围的以正六边形形状排列的外围纤芯，所述中心纤芯和外围纤芯的轮廓均为正六边形；七个相同中心波长的FBG，分别写入中心纤芯和六个外围纤芯的相同位置；第一单模光纤和第二单模光纤，分别与所述中心纤芯的两端对准熔接。2.根据权利要求1所述的一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器，其特征在于：所述中心纤芯的六个边与六个外围纤芯的其中一个边对准。3.根据权利要求1所述的一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器，其特征在于：所述FBG的写入方式包括相位掩膜法、飞秒激光直写法或电弧放电制备法。4.根据权利要求1所述的一种基于强耦合多芯光纤的温度不敏感曲率传感器，其特征在于：所述FBG位于中心纤芯和六个外围纤芯的中间位置。5.一种基于温度不敏感曲率传感器的曲率测量装置，其特征在于：所述装置包括：如权利要求1～4中任意一项所述的曲率传感器；光源，与曲率传感器的输入端连接；光谱分析仪，与曲率传感器的输出端连接，用于根据曲率传感器的输出计算得到光谱；曲率计算装置，与光谱分析仪连接，用于根据所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度计算得到曲率值。6.根据权利要求5所述的一种基于温度不敏感曲率传感器的曲率测量装置，其特征在于：所述根据所述光谱中两个共振峰之间的缺口深度计算得到曲率值包括：利用所述深度
‑
曲率曲线和所述光谱中两个共振峰之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑狄，刘志明，潘炜，邹喜华，闫连山，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：