[实用新型]一种基于序列锥结构的光纤振动传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种振动传感器，尤其是一种基于序列锥结构的光纤振动传感器。

背景技术

振动测量在土木建筑、公路桥梁、电力设备等领域都有重要意义。一般的振动测量设备有机械式振动传感器，测试简单但精度不高；机电式振动传感是目前最通用的振动传感器，测量方便、响应速度快、信号处理简单，但是在石油化工，电力设备等易燃易漏电领域的应用受到限制；光纤振动传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全和传感器探头可在狭小空间使用的优点。通常使用的光纤振动传感器包括三类：干涉型光纤振动传感器、光纤光栅振动传感器和纯强度调制型光纤振动传感器。对于干涉型光纤传感器，通常利用循环控制电路所定传感器的最佳工作点，测量系统较复杂；光纤光栅传感器利用光学滤波器将波长漂移转化为强度测量，增加了测量系统的成本，且布拉格波长随环境温度的变化漂移显著，因此通常还需使用到温度补偿等技术。相比前两种光纤振动传感器，纯强度解调光纤振动传感器，具有直接测量传感器透射功率而解调获得振动频率和幅度的优点，无需任何反馈电路或光学滤波器，因此系统构建更简单，成本也更低。如徐贲等人最近提出的基于双锥型单模光纤的振动传感器，利用环境振动导致双锥型光纤锥发生微弯，从而改变其传输损耗，进而调制传感器的透射光强。该传感器采用传统的单模光纤制备，成本低，稳定性好。通常锥腰直径为20微米左右，且理论分析可知，传感器的灵敏度随着锥腰的变细而增强。如此细的锥腰，导致传感器的机械强度较弱，脆弱的结构给传感器的安装与应用带来困难。

发明内容

为了发挥双锥型光纤振动传感器的结构简单，成本低的优点，同时克服其机械强度弱的问题，本实用新型提供一种基于序列锥结构的光纤振动传感器。该序列锥结构的光纤振动传感器具有制备简单，灵敏度高，且机械强度高，便于安装和使用的优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于序列锥结构的光纤振动传器，包括第一单模光纤(1)，序列锥单模光纤(2)，第二单模光纤(3)，利用光纤镕接机将三者按照说明书附图顺序相连即可。其中，第一、第二单模光纤为同一种类型包层直径为125微米的普通单模光纤，序列锥单模光纤(2)由相同类型的单模光纤经自动控制的电弧拉锥系统制备获得，其序列锥的个数大于或等于2，通常为10-60个，序列锥的周期为300-800微米，且单个双锥结构的锥腰直径为100-120微米。通过多个双锥结构放大了整根光纤传感器的弯曲灵敏度，且较大的锥腰直径保证了传感器具有较强的机械强度，便于安装和使用。

本实用新型的有益效果是制备简单，成本低，灵敏度高和机械强度好，便于安装与使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图是本实用新型的结构原理图。

图中1.第一单模光纤，2.序列锥单模光纤，3.第二单模光纤。

具体实施方式

以下结合本发明的结构原理和工作原理作详细说明：

本发明的结构原理：

如附图所示，第一单模光纤(1)，序列锥单模光纤(2)和第二单模光纤(3)，利用光纤镕接机将三者按顺序相连。其中，第一、第二单模光纤为同一种类型包层直径为125微米的普通单模光纤，序列锥单模光纤(2)由相同类型的单模光纤经自动控制的电弧拉锥系统制备获得，其序列锥的个数大于或等于2，通常为10-60个，序列锥的周期为300-800微米，且单个双锥结构的锥腰直径为100-120微米。应用时，将光纤传感器粘贴于待测振动体表面。第单模光纤(1)的输入端与宽带光源或激光器相连，第二单模光纤(3)的输出端与连有计算机数据采集系统的光电探测器相连。光电探测器将感知的透射光强转化为电信号，然后此电信号传输给与计算机相连的数据采集系统。计算机对采集到的时域信号进行傅立叶变换，获得振动频率和振动幅度等信息。

本发明的工作原理：

利用光纤熔融拉伸的高压电弧放电装置，制备具有锥腰直径为100-120微米，周期为300-800微米，锥个数为10-60的序列锥结构的序列锥单模光纤(2)。宽带光源或激光器输出的光经第一单模光纤(1)将光耦合进序列锥结构光纤(2)。当单模光纤进行了周期性微拉锥后，这种周期性的微拉锥就会干扰波导结构，从而导致在光纤包层中传输的光通过消逝波的方式泄漏到光纤外，且拉锥引起的光传输损耗随着微拉锥数量的增加而逐步增大。当这种被周期性微拉锥的光纤发生弯曲时，包层中的光以消逝波的方式进一步损耗，因此基于序列锥结构的光纤振动传感器可以通过测量弯曲引起的光强度变化来进行弯曲传感。环境振动导致序列锥结构光纤发生微弯效应，导致其透射光强发生变化。通过对传感器的透射光强时域信号进行傅立叶分析，从而获得振动频率和振幅等相关信息，实现纯强度调制型振动传感的测量。