光纖光柵位移傳感器

位移傳感器有幾種

作為應(yīng)用最廣泛的傳感器之一, 在結(jié)構(gòu)檢測、軌道交通、電路監(jiān)管和機(jī)床控制等方面發(fā)揮著重大的作用。按照其傳感原理可以分為電感型、電容型、超聲波型及光纖型等類型。

光纖位移傳感器是什么

具有體積小、抗電磁干擾和易于復(fù)用等特點(diǎn), 適用于高精度、大范圍和極端的工作環(huán)境, 是位移傳感器的主要發(fā)展方向之一。

光纖光柵作為本征型光纖器件, 制作簡單、靈敏度高, 是光纖傳感的重要分支, 因此基于光纖光柵的位移傳感器也成為了重點(diǎn)研究方向之一。基于DBR (Distributed Bragg Reflector) 激光器的雙偏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了一種高靈敏度位移傳感器。

光纖光柵最早是由Hill等人發(fā)現(xiàn), 利用光纖光敏性在纖芯形成周期性的折射率分布, 因此光纖光柵也可以看作柵格周期變化的光波導(dǎo)。布拉格光纖光柵 (FBG) 反射譜的中心波長λ_B與纖芯有效折射率n_eff之間的關(guān)系由下式表示:λ_B=2n_effΛ (1)式中:Λ為光柵的周期。當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí) (如溫度、應(yīng)變或電磁場等) , 會引起n_eff或者Λ的變化, λ_B也會隨之變化, 基于此可以實(shí)現(xiàn)光纖光柵對外界環(huán)境變化的感知。

常見的光纖光柵制作方法有干涉法、相位掩膜板法和逐點(diǎn)寫入法等。其中相位掩膜板法由于工藝簡單、成品率高和重復(fù)性好等特點(diǎn), 在制作光纖光柵中被廣泛使用。相位掩膜板法原理是利用紫外光通過周期性結(jié)構(gòu)的掩膜板發(fā)生衍射, 衍射后產(chǎn)生的相干光束相互干涉形成周期性的條紋, 將光敏光纖放置于該區(qū)域內(nèi), 即可對纖芯內(nèi)折射率產(chǎn)生周期性的調(diào)制, 最終形成光纖光柵。

光纖光柵測量位移信號時(shí), 通常采用具有一定強(qiáng)度的彈簧進(jìn)行應(yīng)力-位移的轉(zhuǎn)換, 以滿足不同的位移量程和精度測量需求, 將光纖光柵封裝在應(yīng)力傳感結(jié)構(gòu)上, 實(shí)現(xiàn)波長-應(yīng)力的轉(zhuǎn)換。