[发明专利]一种基于双包层光纤的振动测量装置

说明书

本发明提供的是一种基于双包层光纤的振动测量装置。所述的装置由光源、单模光纤、光环形器、光电探测器、信号处理装置以及基于双包层光纤的振动传感器组成。振动传感器包括：固定壳体、尾套、插芯、单模光纤及具有一段热扩散区域和一段倾斜光栅的双包层光纤。双包层光纤与单模光纤连接并插入插芯中，光源发出的光经单模光纤从环形器传输至振动传感器，经倾斜光栅反向传输的光通过热扩散区域耦合至纤芯，并经过环形器由光电探测器和信号处理装置接收。当外界发生振动时，双包层光纤倾斜光栅内包层的谐振峰发生变化，通过对内包层谐振峰的监测，实现对物体振动的测量。本发明具有体积小、响应快、不受温度及环境折射率影响等优点。

(一)技术领域

本发明涉及一种基于双包层光纤的振动测量装置，具体涉及一种基于双包层光纤倾斜光栅的反射式振动传感器，可以对物体的振动进行测量，属于光纤传感技术领域。

(二)背景技术

振动的测量是物体性能测试中非常重要的参数指标，其广泛存在于的生活和科研的各个领域，如航空航天、数控机电系统、机械设备、生化领域、医学领域、汽车安全性能检测领域等。所以，振动测量一直是工程技术领域重要的研究课题。

传统的振动传感器依据将机械信号转换为电信号的方式可分为电磁感应型、电涡流型及压电效应型。为了缩小器件体积、使测量结果更稳定，提升传感器灵敏度，人们将目光转向了光纤领域。

光纤传感技术以光纤为物理媒介、光信号作为敏感信息载体，当光纤外部环境的某些物理特征量(如温度、折射率、压力等)发生微小变化时，光纤中传输的光信号也会发生变化，利用特殊的光信号处理技术可以检测出这些变化。与传统的测量方法相比，光纤传感器结构简单、容易安装在测试设备中，在现场检测环境中更容易铺设。光纤在传输光信号的时候衰减小、传递速度快，能够承担多点长距离的大型项目检测需求。相比于传统的电测量传感器，光纤传感器最大的优势就是不受电磁波的干扰，提高了监测系统的稳定性和可靠性。

由于光纤传感器以上的这些优点，近些年来，光纤振动传感器引起了科技人员的高度重视，得到了越来越多的研究和应用，主要的传感器分为干涉型传感器和光栅型传感器。专利CN106124027A提出了一种基于空芯光纤的振动传感器，其利用分秒激光在空芯光纤侧面烧蚀出槽口，空芯光纤两端的焊接面形成两个菲涅尔反射面，两束反射光产生干涉，利用光纤微弯产生的光程差，实现对振动的测量。但此方法需要光纤种类较多，制作起来较为复杂，且需要利用飞秒激光刻蚀技术，成本较高，难以实现批量生产。专利CN1587946A提出了一种基于光栅的光纤振动传感器，利用在振动臂刻制光栅，当发生振动时，振动产生的应力会集中在振动臂上，从而改变光栅的长度及中心波长，通过对波长偏移的测量可以得到加速度的变化。但此种光栅类波长测量振动传感器易受外界环境变化的影响，比如当温度变化时，同样会导致中心波长的偏移，产生交叉干扰。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双包层光纤的振动测量装置，用以在消除温度和外界环境折射率交叉干扰的条件下，实现对目标振动的直接测量。

为达到上述目的，本发明采用的方案是：

一种基于双包层光纤的振动测量装置，其特征在于：所述的装置由光源、单模光纤、光环形器、光电探测器、信号处理装置以及基于双包层光纤的振动传感器组成。振动传感器包括：固定壳体、尾套、插芯、单模光纤及双包层光纤。双包层光纤制备有一段热扩散区域及一段倾斜光栅，其一端与单模光纤连接，另一端经尾套插入固定壳体上的插芯中，光源发出的光经单模光纤从环形器传输至振动传感器，经倾斜光栅反向传输的光通过热扩散区域耦合至纤芯，并经过环形器由光电探测器和信号处理装置接收。当外界发生振动时，双包层光纤倾斜光栅内包层的谐振峰发生变化，通过对内包层谐振峰的监测，实现对物体振动的测量。