一種光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及振動(dòng)傳感裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于多點(diǎn)振動(dòng)并行測(cè) 量的光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)振動(dòng)的測(cè)量需要對(duì)結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型進(jìn)行測(cè)算和實(shí)測(cè)。在測(cè)量方法上有相 對(duì)式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量。其中采用光學(xué)方式測(cè)量的多屬于相對(duì)式測(cè)量，在測(cè)量過(guò)程中需要 有靜止不動(dòng)的基礎(chǔ);絕對(duì)式測(cè)量一般基于慣性質(zhì)量一一彈簧振動(dòng)系統(tǒng)。此外，在基于電子技 術(shù)擴(kuò)展的測(cè)量中，測(cè)量系統(tǒng)會(huì)受選頻網(wǎng)絡(luò)影響和電磁干擾而受限。
[0003] 授權(quán)公告號(hào)：CN102374895B公開(kāi)一種大動(dòng)態(tài)光纖振動(dòng)傳感器，但其一路的探測(cè)需 要使用兩根光纖和兩個(gè)探測(cè)器，雖能高精度大范圍探測(cè)振動(dòng)信號(hào)，但仍然為干涉式傳感裝 置，對(duì)反射鏡、彈性體、光纖繞制等的加工制作要求較高。
[0004] 授權(quán)公告號(hào)：CN101608944B公開(kāi)一種光纖振動(dòng)傳感頭及其制作方法，要求使用光 纖準(zhǔn)直器與MEMS系統(tǒng)，但制作中需要嚴(yán)格準(zhǔn)直調(diào)制，并且仍然需要使用兩根光纖。
[0005] 授權(quán)公告號(hào):CN101308042B公開(kāi)光纖振動(dòng)傳感器，其也涉及兩根以上光纖的使用， 并且還是基于干涉技術(shù)。
[0006] 光纖傳感器是一種重要的新型傳感器，由于體積小、組網(wǎng)方便、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn) 已經(jīng)被應(yīng)用于溫度、壓力、位移、速度、加速度、液面、流量、振動(dòng)、水聲、電流、磁場(chǎng)、電壓、雜 質(zhì)含量、液體濃度、核輻射等各種物理量、化學(xué)量的測(cè)量中。目前，已經(jīng)研制出分光型、光柵 型、干涉型和光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器?，F(xiàn)有的光纖振動(dòng)測(cè)量傳感器主要是采用FBG光纖光柵 與M-Z型干涉器件制作而成，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能達(dá)到目標(biāo)信號(hào)的有效識(shí)別。但FBG光纖光柵制 作品質(zhì)容易受激光脈沖能量、激光脈沖頻率和曝光的時(shí)間的影響。而M-Z型干涉器工藝相對(duì) 復(fù)雜，加工精度高，成品傳感器造價(jià)較高，不易于推廣。
[0007] 光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器由于具有制作成本低、可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程測(cè)量等優(yōu) 點(diǎn)而備受關(guān)注。光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器主要通過(guò)調(diào)制調(diào)制區(qū)內(nèi)光纖徑向參數(shù)，使接收端導(dǎo) 模光強(qiáng)發(fā)生變化從而解調(diào)識(shí)別目標(biāo)信號(hào)。其工作原理如下:經(jīng)入射光纖的光源輸出的導(dǎo)模 光被送到調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界被測(cè)參數(shù)和送到調(diào)制區(qū)內(nèi)的導(dǎo)模光相互作用，使得該區(qū)內(nèi)導(dǎo)模條 件發(fā)生改變，導(dǎo)模與輻射模相耦合，導(dǎo)模減弱，輻射模增強(qiáng);在接收端的導(dǎo)模光強(qiáng)將隨被測(cè) 參數(shù)改變而被調(diào)制成為光強(qiáng)隨導(dǎo)模強(qiáng)度變化的信號(hào)，該信號(hào)被送進(jìn)光電探測(cè)器和解調(diào)器； 通過(guò)提取特征信號(hào)參數(shù)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)參數(shù)來(lái)完成測(cè)量過(guò)程。
[0008] 由于光強(qiáng)式光纖傳感器在制作成本上比FBG光纖、M-Z型干涉器件更具有優(yōu)勢(shì)，并 且識(shí)別信號(hào)的系統(tǒng)容易獲得，信號(hào)分析準(zhǔn)確度較高。因此具有廣闊的發(fā)展前景。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009] 本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)機(jī)械型、電子型振動(dòng)傳感器容易受工作環(huán)境參數(shù) 影響的不足，克服FBG、M_Z干涉型光纖振動(dòng)傳感器工藝復(fù)雜、造價(jià)高、不易推廣的不足，提供 一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、信號(hào)處理簡(jiǎn)單的光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置。
[0010] 本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0011] -種光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置，包括多路振動(dòng)測(cè)量通道2、多路信號(hào)輸入輸出模塊 和信號(hào)控制與處理單元，每一路振動(dòng)測(cè)量通道均包括光纖1、光源、光源調(diào)制模塊、光電轉(zhuǎn)換 模塊、信號(hào)輸出接口，
[0012] 所述光纖1包括第一端口 lb和第二端口 lc，所述第一端口 lb與所述光源連接，所述 光源與所述光源調(diào)制模塊連接，所述光源調(diào)制模塊控制所述光源輸出導(dǎo)模光到所述第一端 口 lb;所述第二端口 lc與所述光電轉(zhuǎn)換模塊連接，所述光電轉(zhuǎn)換模塊與所述信號(hào)輸出接口 連接，所述光電轉(zhuǎn)換模塊用于將光纖中包含規(guī)律性改變的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)所述信號(hào) 輸出接口輸出至多路信號(hào)輸入輸出模塊；
[0013] 所述多路信號(hào)輸入輸出模塊分別與所述光源調(diào)制模塊和所述信號(hào)輸出接口連接， 用于將振動(dòng)測(cè)量通道接入所述信號(hào)控制與處理單元。
[0014] 進(jìn)一步地，所述光纖1包含有光纖包層厚度較薄的調(diào)制區(qū)la，所述調(diào)制區(qū)la是彎曲 的，并在工作時(shí)與振動(dòng)源靠近或接觸。
[0015] 進(jìn)一步地，所述多路振動(dòng)測(cè)量通道2并行接入所述多路信號(hào)輸入輸出模塊。
[0016] 進(jìn)一步地，所述光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置用于多點(diǎn)并行監(jiān)測(cè)或用于不同振型數(shù)據(jù) 的擬合或/和判斷。
[0017] 本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0018] 本實(shí)用新型提出的光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置克服傳統(tǒng)機(jī)械型、電子型振動(dòng)傳感器 容易受工作環(huán)境參數(shù)影響的不足，克服FBG、M_Z干涉型光纖振動(dòng)傳感器工藝復(fù)雜、造價(jià)高、 不易推廣的不足，實(shí)現(xiàn)一路探測(cè)只需要一根光纖，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、信號(hào)處理簡(jiǎn)單 的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型公開(kāi)的光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置的組成結(jié)構(gòu)框圖；
[0020] 圖1(a)是本實(shí)用新型公開(kāi)的光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置測(cè)量原理簡(jiǎn)圖；
[0021 ]圖2為單模光纖中導(dǎo)模與輻射模耦合原理圖；
[0022]圖3為單模光纖彎曲損耗原理圖；
[0023] 1---光纖，la 調(diào)制區(qū)，lb---第一端口，lc 第二端口，2 多路振動(dòng)測(cè)量通 道。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施 方式不限于此。
[0025] 實(shí)施例一
[0026] 本實(shí)施例公開(kāi)了一種光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置，包括多路振動(dòng)測(cè)量通道2。每一通 道包括光纖1、光源、光源調(diào)制模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)輸出接口，每一路通道均可通過(guò)并 行接入多路信號(hào)輸入輸出模塊，從而接入信號(hào)控制與處理單元。見(jiàn)圖1所示。
[0027] 每一路振動(dòng)測(cè)量通道只有一根光纖1，光纖1只有兩端口，分別為第一端口 lb和第 二端口 2c，并且每根光纖包含有光纖包層厚度較薄的部分la(調(diào)制區(qū)），該包層厚度較薄的 調(diào)制區(qū)la被彎曲，并在工作時(shí)與振動(dòng)源靠近或接觸。光纖1通過(guò)光源調(diào)制模塊控制光源輸出 導(dǎo)模光到光纖第一端口 lb。當(dāng)調(diào)制區(qū)la受振動(dòng)源表面位置變化而發(fā)生彎曲曲率反復(fù)形變 時(shí)，通過(guò)光纖的導(dǎo)模光強(qiáng)將會(huì)由于調(diào)制區(qū)la段內(nèi)導(dǎo)模光與輻射模光相應(yīng)的反復(fù)耦合而發(fā)生 規(guī)律性的改變，該改變將通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)經(jīng)信號(hào)輸出接口將光纖第二端口 2c接入多路信號(hào)輸入輸出模塊。
[0028]進(jìn)一步的，通過(guò)多路信號(hào)輸入/輸出模塊，多路傳感光纖可以與信號(hào)控制與處理單 元連接。如附圖1(a)所示，每路光纖測(cè)量通道均有獨(dú)立的光源、光源調(diào)制模塊、光電轉(zhuǎn)換模 塊、信號(hào)輸出接口。同時(shí)一路光纖可以與多路并行光纖通道通過(guò)多路信號(hào)輸出模塊與信號(hào) 控制與處理單元連接。
[0029] 更進(jìn)一步的，該裝置可以對(duì)多點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量，這些數(shù)據(jù)可以用于多點(diǎn)并行監(jiān)測(cè)， 也可以用于不同振型數(shù)據(jù)的擬合或判斷。
[0030] 本實(shí)施例公開(kāi)的一種光強(qiáng)式光纖振動(dòng)傳感裝置的工作原理如下：
[0031] 通過(guò)改變彎曲光纖調(diào)制段的傳播模式，利用光纖導(dǎo)模光強(qiáng)隨調(diào)制段包層厚度和彎 曲曲率變化而改變的特點(diǎn)，達(dá)到微弱振動(dòng)位移測(cè)量目的的光纖傳感技術(shù)。其工作原理如下： 光源入射光纖，滿(mǎn)足傳播模式的導(dǎo)模光被送到調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界微弱振動(dòng)位移使彎曲的調(diào)制 區(qū)光纖曲率發(fā)生變化，使調(diào)制區(qū)內(nèi)導(dǎo)模條件發(fā)生改變，導(dǎo)模與輻射模相耦合，導(dǎo)模光與輻射 模此消彼長(zhǎng)；由于彎曲的調(diào)制區(qū)包層厚度較少，在此區(qū)域的微小曲率變化能使輻射模更容 易被耗散掉;在接收端的導(dǎo)模光強(qiáng)將隨被測(cè)參數(shù)改變而被調(diào)制成為光強(qiáng)變化的信號(hào)，該信 號(hào)被送進(jìn)光電探測(cè)器和解調(diào)器;通過(guò)提取特征信號(hào)參數(shù)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)參數(shù)。
[0032] 這里涉及光纖導(dǎo)模到輻射模的耦合損耗和光纖彎曲損耗的工作原理兩部分，以下 分別說(shuō)明：
[0033] -、單模光纖的導(dǎo)模--福射模親合原理如下：
[0034]如圖2所示的光纖中，保留一層很薄的光纖