[发明专利]一种斜角端面光纤振动传感器及其测量振动的方法

说明书

本发明提供一种斜角端面光纤振动传感器，包含：窄线宽激光器，用于输出连续光；单模光纤，单模光纤第一端连接窄线宽激光器，单模光纤第二端端面为斜角端面；传感元件，传感元件侧面开有U形槽口；单模光纤第二端穿设槽口第一端端面位于槽口内；单模光纤第二端端面与槽口第二端端面之间形成法‑珀腔；所述连续光经单模光纤传输至所述法‑珀腔，经槽口第二端端面反射形成反射光；所述采集处理模块连接单模光纤第一端，接收单模光纤传输的所述反射光。外界振动引起传感元件产生微弯，改变法‑珀腔腔长，引起反射光光强变化。采集处理模块根据反射光光强变化获得振动强度。本发明还提供一种测量振动的方法。本发明测量精度高，制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种斜角端面光纤振动传感器。

背景技术

振动问题一直都是科学技术领域的重要研究课题。振动传感器通常被用于地震波检测、光纤水听器、无损探伤、石油天然气勘探、工业过程化控制和结构健康检测等众多领域。传统的振动传感器包括电容或压电传感器，这些传感器虽灵敏度高，但并不适用于高电压，高磁场的地方，如变电站。斜角端面光纤振动传感器因为其天然绝缘，不受电、磁干扰，体积小，重量轻，多路复用能力强等特点，在电力系统设施运行状态及安全监测中具有非常广泛的应用，一直是国内外研究和应用的热点。

斜角端面光纤振动传感器通过感受外界振动，引起光纤中的光波参数如光强、频率、波长、相位以及偏振态等的变化，通过检测光纤中光波参数的变化达到检测外界参量的目的。光学中，法布里－珀罗干涉仪是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束干涉仪，其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率。斜角端面光纤振动传感器中，法布里-珀罗(法-珀)干涉仪具有独特的吸引力，这是由于它能提供非接触式无扰动振动分析装置，并且也已经证明在振动与位移测量中具有明显的性能优势。

近年来，3D打印作为一种增材制造技术，越来越得到大家的广泛关注，在工程、航天、生物医学等各个领域都有了新的探索和研究。与其他传统的加工制造技术不同，3D打印技术是通过材料的层层堆积来实现的。因此，随着3D打印技术应用的不断完善，有必要扩大3D打印技术在光纤传感领域的发展。然而，如何面向振动传感实用化需求，开发制备工艺简单、可实现批量制备且重复性良好的传感器，一直是制约其性能一致性及实用化的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种斜角端面光纤振动器传感器及其测量振动的方法。本发明的斜角端面光纤振动传感器通过在传感元件侧面开设一个U形槽口，单模光纤第二端穿设传感元件的U形槽口第一端端面位于槽口内，非常容易获得单模光纤第二端与槽口第二端端面之间的法-珀腔。槽口减小了传感元件的抗弯刚度，使得传感元件易于感受到外界振动而产生形变改变所述法-珀腔的腔长。窄线宽激光器输出的连续光经单模光纤入射至该法-珀腔，并经槽口第二端端面反射生成反射光，反射光光强随法-珀腔腔长变化。采集处理模块接收并解调所述反射光获得振动信号。本发明通过3D打印保证了传感元件结构的一致性，并通过单模光纤第二端的斜角结构，提高反射光的光谱对比度,保证了本发明的传感器的测量精度。

为了达到上述目的，本发明提供一种斜角端面光纤振动传感器包含：窄线宽激光器、单模光纤、传感元件、采集处理模块；

所述窄线宽激光器，用于输出连续光；

单模光纤第一端连接窄线宽激光器；单模光纤第二端端面为斜角端面；通过所述斜角使得单模光纤第二端斜角端面的反射率匹配槽口第二端端面反射率，实现提高反射光的光谱对比度。

所述传感元件为圆柱体，且在圆柱体侧面开设U形槽口；所述槽口的轴向长度小于圆柱体的长度；单模光纤第二端穿设槽口第一端端面位于所述槽口内；单模光纤第二端端面与槽口第二端端面保持一个距离，单模光纤第二端端面与槽口第二端端面之间形成法-珀腔，所述距离为法-珀腔腔长；所述连续光经单模光纤传输至所述法-珀腔，经槽口第二端端面反射形成反射光；

所述采集处理模块连接单模光纤第一端，接收单模光纤传输的所述反射光，并根据接收的光强变化获得振动强度。