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专利号: 2023103687791
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光学感应透明效应的小型形变传感器,其特征在于:

所述形变传感器包括光源(1)、直波导(2)、波导耦合区(3)、第一环形波导(4)、形变片(5)、第二环形波导(6)、光谱仪(7)和处理系统(8);

所述光源(1)的光输出端连接直波导(2)的光输入端,直波导(2)与第一环形波导(4)在波导耦合区(3)处发生光耦合;

第一环形波导(4)的一部分波导固定在形变片(5)的表面,第二环形波导(6)的一部分波导固定在形变片(5)的表面;第一环形波导(4)与第二环形波导(6)在形变片(5)的表面发生光耦合;

直波导(2)的光输出端连接光谱仪(7)的光输入端,光谱仪(7)的电输出端连接处理系统(8)的电输入端,处理系统(8)的电输出端输出传感器输出信号。

2.根据权利要求1所述形变传感器,其特征在于:

所述的形变片(5)为矩形片状物体,x轴和y轴构成二维直角坐标系,x轴和y轴的交点为形变片(5)的几何中心,形变片(5)的长边与x轴平行,形变片(5)的短边与y轴平行;

所述的第一环形波导(4)被固定在形变片(5)表面上的波导呈圆弧状,这段圆弧状波导与y轴的交点为a,圆弧状波导过a点的切线与x轴平行;

所述的第二环形波导(6)被固定在形变片(5)表面上的波导呈圆弧状,这段圆弧状波导与y轴的交点为b,圆弧状波导过b点的切线与x轴平行;

所述的第一环形波导(4)的半径在200μm至300μm之间;

所述的第二环形波导(6)的半径在200μm至300μm之间。

3.根据权利要求2所述形变传感器,其特征在于:

光在所述第一环形波导(4)和第二环形波导(6)中传输一周的振幅透射系数均接近于

0.7;

所述的波导耦合区(3),直波导(2)与第一环形波导(4)在波导耦合区(3)处发生光耦合,在波导耦合区(3)处,光在直波导(2)内部的振幅透射系数和光在第一环形波导(4)内部的振幅透射系数均为0.28;

所述的第一环形波导(4)和第二环形波导(6),第一环形波导(4)与第二环形波导(6)在形变片(5)的表面发生光耦合时,光在第一环形波导(4)内部的振幅透射系数和光在第二环形波导(6)内部的振幅透射系数相同;

所述的光源(1)的输出光的功率是恒定的,光的线宽至少是第一环形波导(4)的相邻谐振频率的频率间隔的800倍、且至少是第二环形波导(6)的相邻谐振频率的频率间隔的800倍。

4.根据权利要求3所述形变传感器,其特征在于:

测量被测物体形变时,形变片(5)需固定在物体上,

当被测物体在与形变片(5)的短边平行的方向上变长时,在形变片(5)的表面上,第一环形波导(4)与第二环形波导(6)间相互耦合的距离增大,光在第一环形波导(4)内部的振幅透射系数和光在第二环形波导(6)内部的振幅透射系数增大,光学感应透明效应所产生的透射峰的最大透射率减小。

5.根据权利要求4所述形变传感器,其特征在于:

当被测物体在与形变片(5)的短边平行的方向上变短时,在形变片(5)的表面上,第一环形波导(4)与第二环形波导(6)间相互耦合的距离减小,光在第一环形波导(4)内部的振幅透射系数和光在第二环形波导(6)内部的振幅透射系数减小,光学感应透明效应所产生的透射峰的最大透射率增大。

6.根据权利要求5所述形变传感器,其特征在于:

处理系统(8)包括采集电路(8‑1)、解析电路(8‑2)和输出电路(8‑3);

采集电路(8‑1)的电输入端为处理系统(8)的电输入端,输出电路(8‑3)的电输出端为处理系统(8)的电输出端;

光谱仪(7)的电输出端连接采集电路(8‑1)的电输入端,采集电路(8‑1)的电输出端连接解析电路(8‑2)的电输入端,解析电路(8‑2)的电输出端连接输出电路(8‑3)的电输入端,输出电路(8‑3)的电输出端输出传感器输出信号。

7.一种基于光学感应透明效应的小型形变传感器的控制方法,其特征在于:所述控制方法具体包括以下步骤:

步骤1,光源(1)的输出光经直波导(2)传输至波导耦合区(3),由于直波导(2)与第一环形波导(4)在波导耦合区(3)处发生光耦合;

步骤2,光进入第一环形波导(4),光在第一环形波导(4)中传输、并可在第一环形波导(4)中发生谐振,第一环形波导(4)的一部分波导固定在形变片(5)的表面、第二环形波导(6)的一部分波导固定在形变片(5)的表面、且第一环形波导(4)与第二环形波导(6)在形变片(5)的表面发生光耦合;

步骤3,光由第一环形波导(4)进入第二环形波导(6),光在第二环形波导(6)中传输、并可在第二环形波导(6)中发生谐振,第一环形波导(4)与第二环形波导(6)在形变片(5)的表面发生光耦合,光由第二环形波导(6)进入第一环形波导(4),光在第一环形波导(4)与第二环形波导(6)间相互耦合、并产生光学感应透明效应;

步骤4,产生光学感应透明效应后,光由直波导(2)输出进入光谱仪(7),光谱仪(7)采集光谱,然后将光谱转化为光谱电压信号、并将光谱电压信号送入处理系统(8),处理系统(8)进行电压信号采集、解析、并最终输出传感器输出信号。

8.根据权利要求7所述控制方法,其特征在于:

光谱仪(7)将透射谱电压信号送入采集电路(8‑1),采集电路(8‑1)采集透射谱电压信号、并将透射谱电压信号送入解析电路(8‑2);

解析电路(8‑2)获取透射谱电压信号中一个对称的光学感应透明效应所产生的透射峰、并获得此透射峰的最大透射率,解析电路(8‑2)由此透射率得出被测物体的形变;

解析电路(8‑2)将被测物体的形变信息送入输出电路(8‑3),输出电路(8‑3)输出传感器输出信号,传感器输出信号包含被测物体在与形变片(5)的短边平行的方向上发生的形变信息。

9.一种电子设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求7至8中任意一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,用于存储计算机指令,其特征在于,所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求7至8中任意一项所述方法的步骤。