[发明专利]一种高灵敏度的光纤光栅电场传感器

说明书

本发明公开了一种高灵敏度的光纤光栅电场传感器，包括上金属半球和下金属半球，增敏放大机构、光纤和绝缘板设置在上、下金属半球之间，通过两个金属半球来感应电场信号，该增敏放大机构的设计运用了逆压电效应和放大式增敏相结合的方法，增敏效果更加明显。电压信号通过导线传递到增敏放大机构上，增敏放大机构从而发生机械变形，该变形量经过增敏放大机构的放大输出一个相对较大的变形量并作用于光纤，使其中心波长发生变化，通过检测波长漂移量从而获得待测电场强度。该光纤光栅传感器增敏效果显著，体积小，使用范围广，适用于结构的微小应变测量。

技术领域

本发明属于电场传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度的光纤光栅电场传感器。

背景技术

光纤光栅传感器是当今传感器研究的重要方向。随着世界军工、航空航天等领域的快速发展，对电场探测传感器要求的灵敏度越来越高，空间中存在各种电场，各种电器设备产生的辐射也都对传感器的探测构成了背景噪声。但是目标电场往往非常微弱，这就需要传感器对微弱的电场有所响应。目前电子类电场传感器件都是手持单点测量，或者需要光电转换后采用光纤才能将测量数据传输监测中心。

由于光纤光栅传感器相比于传统的电子传感器件具有抗干扰性好、灵敏度高的优势，且易于实现分布式测量。所以对光纤光栅传感器的研究对微弱信号的监测具有重要的意义。经过多年的研究，已经发展出多种不同的光纤传感技术方案，并且在电场探索领域得到了很好的应用，例如空间目标识别、以及工业监测控制等。

在众多光纤光栅电场传感器结构中，大多都直接采用压电材作为敏感单元，压电材料在电场作用下发生变形，然后变形直接作用在光纤光栅上，但是，压电材料的变形微小，其电场的分辨能力差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高灵敏度的光纤光栅电场传感器，通过设计增敏放大机构对微小形变进行放大，放大后的形变作用于光纤光栅，能够有效提升分辨能力。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种高灵敏度的光纤光栅电场传感器，包括上金属半球、下金属半球、增敏放大机构、光纤和绝缘板；

光纤安装于增敏放大机构上，增敏放大机构设置在绝缘板上，上金属半球和下金属半球均为实心球，增敏放大机构和绝缘板设置在上、下金属半球之间；上、下金属半球分别通过导线与增敏放大机构相连。

优选地，所述增敏放大机构包括一个外部框架、一个压电陶瓷堆和一套杠杆机构；其中：

杠杆机构包括设置在外部框架内且相互平行的一级杠杆和二级杠杆，一级杠杆和二级杠杆之间通过平衡块相连，在一级杠杆上设有连接块；压电陶瓷堆的一端固定在外部框架上，另一端紧贴连接块设置。

进一步优选地，外部框架与一级杠杆、二级杠杆之间通过柔性铰链连接；平衡块与一级杠杆、二级杠杆之间通过柔性铰链连接。

进一步优选地，外部框架上开设有用于布置光纤的线槽，光纤的纤芯上写有一段光纤光栅，光纤光栅置于杠杆机构的位移输出端和固定端之间。此处，输出端是指杠杆机构的位移输出端，即说明输出端是运动的，而固定端是不动的，在输出端和固定端之间固定了光纤光栅。

进一步优选地，上金属半球通过导线与增敏放大机构中的压电陶瓷堆相连。

进一步优选地，外部框架上还开设有四个螺纹孔I。

进一步优选地，所述绝缘板包括支承座，与轴承座相连的手持杆，在轴承座上开设有矩形通孔和4个螺纹孔II，绝缘板上开设的螺纹孔II与外部框架上的螺纹孔I位置匹配，用于将绝缘板固定在增敏放大机构上。

更进一步优选地，下金属半球通过导线与压电陶瓷堆相连，下金属半球的导线能够穿过矩形通孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：