[实用新型]基于光纤微弯损耗的惯量参数感测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种惯量参数传感器，更确切地说，涉及一种基于光纤微弯损耗变化的高精度光纤型惯量参数感测装置。惯量参数包括加速度、振动幅度、振动频率等参数。

背景技术

加速度、振动等惯量参数测试仪器广泛应用于各个行业，如地质勘探、交通、精密机械、高精仪表、发电、航空航天等多个领域。在地震勘探领域使用的是通过振动测试装置来采集地震波信号，这些资料处理后能够反演出地下的地质结构，广泛应用于石油、煤炭和矿山等行业。过去几十年通常采用电磁式检波器，但随着地震勘探面临：目的层更深、地表条件更复杂、资料要求更精细以及人类活动带来的电磁干扰更多等因素的影响，原有技术已经不能适应越来越高的要求。

新型振动感测装置的发展动向主要体现在微电子机械(MEMS)、新型压电材料以及光纤传感技术等几个领域。其中光纤技术以其独特的优点吸引着研究人员的目光，光纤传感技术具有抗电磁干扰、动态范围大、可以远距离传输、容易构建分布式或阵列式传感系统等等优点，而其中光纤微弯传感技术又具有成本低、易测量、测量频率高、动态范围大，特别是其测量频率和动态范围优点非常突出，测量频率很容易就可以达到上MHz，而常规的电磁式振动检波器一般在数百Hz以内，在动态范围方面，光纤微弯传感技术轻轻松松就可以做到200dB以上，而且还可以更高，而常规的电磁式振动检波器做到100dB都比较困难了，但现有的基于微弯损耗技术的光纤振动传感器大多没有充分发掘出该潜能，如申请号为200410046705.9的中国专利公开了《反馈式光纤共振传感器》；申请号200420113787.4的中国专利公开了《三分量光纤振动测量装置》，因其结构设计方面的缺陷，均导致没有充分发挥和体现出光纤微弯传感技术的优点。目前较多的光纤振动传感器主要集中在以光纤光栅为核心的技术上，如授权公告号为CN2784933Y的中国专利公开了《光纤光栅加速度传感器》；授权公告号为CN2911635Y的中国专利公开了《双旋臂梁光纤光栅振动传感器》；公开号为CN 1587946A的中国专利公开了《基于光纤光栅的光纤微振动传感器》；公开号为CN1752729A的中国专利公开《可调谐匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器》，然而基于光纤光栅的光纤振动传感器主要问题是动态范围小、测试仪器成本高、测试频率低、光纤光栅封装困难、不易构建分布式或阵列式传感系统，从而限制了该类传感器的使用范围。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于光纤微弯损耗的惯量参数感测装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，能够同时利用光纤宏弯损耗和微弯损耗进行检测，使测试的动态范围更大，从而使测试结果更灵敏和准确。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于光纤微弯损耗的惯量参数感测装置，其特征在于：包括一曲线型壳体，布设在所述的曲线型壳体内部相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述的A侧变形齿和B侧变形齿呈交错布设，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤的两侧，曲线型壳体的一端固定于基板上，曲线型壳体的另一端固定有一振子，信号光纤的延长光纤接测试单元。

当有惯量参数改变时，如振动发生时，振子随即响应，并带动曲线型壳体的两端的位置的变化，从而使曲线型壳体内部A侧变形齿和B侧变形齿之间的距离变化，导致夹持在A、B两侧变形齿之间的信号光纤的弯曲曲率变化，从而改变了信号光纤的微弯损耗，通过测试单元得到信号光纤的微弯损耗变化，从而推测出振子响应的振动的振幅、频率等参数，最终得到惯量参数。

所述的曲线型壳体是一个螺旋状壳体，在螺旋状壳体外是滑动配合的圆筒。

所述的振子是个质量块，还包括一个与质量块固定在一起的闭合金属线圈，与所述的闭合金属线圈对应安置有具有阻尼作用的磁铁。

所述的振子是块磁铁，在所述的圆筒外侧上安置的是具有阻尼作用的闭合金属线圈。

所述的振子是一悬臂梁，该悬臂梁的一端固定于支撑座，另一端安置有圆环骨架，圆环骨架上缠绕有闭合金属线圈，与闭合金属线圈对应位置安置有阻尼磁铁，所述的曲线型壳体的一端固定于悬臂梁上，另一端固定于基板上。

所述的圆环骨架采用铜或铝金属制成，圆环骨架外侧上下绕制闭合金属线圈，上下线圈的中心位置设有阻尼磁铁。

位于所述的曲线型壳体的A侧变形齿和B侧变形齿之间的信号光纤的一端安置有光反射装置，如反射镜或光纤光栅，或者是在信号光纤的末端的端面上镀上反射膜，或者仅仅是将信号光纤末端的端面处理平整。