[发明专利]基于单模-少模光纤耦合器的振动传感器

说明书

本发明公开了一种基于单模‑少模光纤耦合器的振动传感器，单模‑少模光纤耦合器包括第一单模光纤臂、第二单模光纤臂、第一少模光纤臂、第二少模光纤臂以及熔锥区和耦合区。在第一单模光纤臂加载振动信号，光纤主轴产生周期性波动，使得输入光的偏振态发生改变。通过对该振动传感器输出振动频率和幅值变化的监测，利用频谱分析仪监测该传感器输出功率的变化，有效地测试加载振动信号的幅值大小，实现宽频率范围振动信号的动态实时检测；也可实现多频复杂信号的同时检测。本发明利用单模‑少模光纤耦合器的偏振敏感特性实时检测并解调加载于单模光纤臂上的宽频率范围振动信号，具有灵敏度高、线性度好、稳定性好、频率动态响应范围大、结构紧凑制作成本低等优点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于单模-少模光纤耦合器的振动传感器。

背景技术

光纤振动传感器在多区域结构安全监测中成为研究热点。主要包括油气管道、煤矿、电力、建筑物、隧道、大坝等众多基础领域，对即将发生的机械结构、基础设施的异常情况或事故进行预警，以避免人员伤亡，并提供维护和维修建议，同时可有效降低由地震、海啸等自然灾害带来的损失。

目前振动测量方法主要有机械式、电测式、光学式三种测量。机械式测量方法主要利用杠杆原理，直接记录放大的振动量。该方法抗干扰能力强，但频率测量范围窄、精度低，仅适用于低频、大幅度测量。压电式是将施加的振动参量转换为电信号，利用电测试仪表进行测量。该方法灵敏度高，但是易受电磁干扰，稳定性差。光学式测量方法是将施加的振动参量转换为光信号，抗电磁干扰，同时频率响应范围广、精度高。近年来，光纤振动传感器凭借结构紧凑、灵敏度高和稳定性好、频率响应范围大、制作成本低等优点得以迅速发展。

基于光纤的振动传感器主要有：光纤布拉格光栅振动传感器，体积大、难于集成且制作成本高；基于马赫增德尔干涉仪的光纤振动传感器，制作复杂且作用波长有限；基于后向瑞利散射的分布式光纤振动传感器具有较高的空间分辨率以及灵敏度，但是其电路调制系统复杂、成本相对较高。因此，研究并实现一种灵敏度高、线性度和稳定性好、频率响应范围大、结构紧凑、制作成本低、结构简单、应用环境丰富的光纤振动传感器在目前仍然具有较高的研究与应用价值。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于单模-少模光纤耦合器的振动传感器，可实现宽域高线性度的振动传感器。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种单模-少模光纤耦合器，包括第一单模光纤臂、第二单模光纤臂、第一少模光纤臂、第二少模光纤臂；第一单模光纤臂和第一少模光纤臂一端熔融拉锥形成第一融锥区，第二单模光纤臂和第二少模光纤臂一端熔融拉锥形成第二融锥区，第一融锥区和第二融锥区通过耦合区连接。

进一步地，融锥区为锥形结构。

一种基于单模-少模光纤耦合器的振动传感器，包括压电陶瓷、函数信号发生器、单模-少模光纤耦合器；所述单模-少模光纤耦合器包括第一单模光纤臂、第二单模光纤臂、第一少模光纤臂、第二少模光纤臂；第一单模光纤臂和第一少模光纤臂一端熔融拉锥形成第一融锥区，第二单模光纤臂和第二少模光纤臂一端熔融拉锥形成第二融锥区，第一融锥区和第二融锥区通过耦合区连接；第一单模光纤臂缠绕于压电陶瓷上，函数信号发生器驱动压电陶瓷，压电陶瓷对第一单模光纤臂施加振动信号。