一種光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及振動傳感裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于多點(diǎn)振動并行測 量的光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 對振動的測量需要對結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型進(jìn)行測算和實測。在測量方法上有相 對式測量和絕對式測量。其中采用光學(xué)方式測量的多屬于相對式測量，在測量過程中需要 有靜止不動的基礎(chǔ);絕對式測量一般基于慣性質(zhì)量一一彈簧振動系統(tǒng)。此外，在基于電子技 術(shù)擴(kuò)展的測量中，測量系統(tǒng)會受選頻網(wǎng)絡(luò)影響和電磁干擾而受限。
[0003] 授權(quán)公告號：CN102374895B公開一種大動態(tài)光纖振動傳感器，但其一路的探測需 要使用兩根光纖和兩個探測器，雖能高精度大范圍探測振動信號，但仍然為干涉式傳感裝 置，對反射鏡、彈性體、光纖繞制等的加工制作要求較高。
[0004] 授權(quán)公告號：CN101608944B公開一種光纖振動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:CN101308042B公開光纖振動傳感器，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、水聲、電流、磁場、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)有的光纖振動測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，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，能達(dá)到目標(biāo)信號的有效識別。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間的影響。而M-Z型干涉器工藝相對 復(fù)雜，加工精度高，成品傳感器造價較高，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、可以實現(xiàn)實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程測量等優(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)識別目標(biāo)信號。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 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，該信號被送進(jìn)光電探測器和解調(diào)器； 通過提取特征信號參數(shù)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y參數(shù)來完成測量過程。
[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，并 且識別信號的系統(tǒng)容易獲得，信號分析準(zhǔn)確度較高。因此具有廣闊的發(fā)展前景。 【實用新型內(nèi)容】
[0009] 本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)機(jī)械型、電子型振動傳感器容易受工作環(huán)境參數(shù) 影響的不足，克服FBG、M_Z干涉型光纖振動傳感器工藝復(fù)雜、造價高、不易推廣的不足，提供 一種結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、信號處理簡單的光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置。
[0010] 本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0011] -種光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置，包括多路振動測量通道2、多路信號輸入輸出模塊 和信號控制與處理單元，每一路振動測量通道均包括光纖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)律性改變的光信號轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)所述信號 輸出接口輸出至多路信號輸入輸出模塊；
[0013] 所述多路信號輸入輸出模塊分別與所述光源調(diào)制模塊和所述信號輸出接口連接， 用于將振動測量通道接入所述信號控制與處理單元。
[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，并在工作時與振動源靠近或接觸。
[0015] 進(jìn)一步地，所述多路振動測量通道2并行接入所述多路信號輸入輸出模塊。
[0016] 進(jìn)一步地，所述光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置用于多點(diǎn)并行監(jiān)測或用于不同振型數(shù)據(jù) 的擬合或/和判斷。
[0017] 本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0018] 本實用新型提出的光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置克服傳統(tǒng)機(jī)械型、電子型振動傳感器 容易受工作環(huán)境參數(shù)影響的不足，克服FBG、M_Z干涉型光纖振動傳感器工藝復(fù)雜、造價高、 不易推廣的不足，實現(xiàn)一路探測只需要一根光纖，具有結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、信號處理簡單 的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型公開的光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置的組成結(jié)構(gòu)框圖；
[0020] 圖1(a)是本實用新型公開的光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置測量原理簡圖；
[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 多路振動測量通 道。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施 方式不限于此。
[0025] 實施例一
[0026] 本實施例公開了一種光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置，包括多路振動測量通道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、信號輸出接口，每一路通道均可通過并 行接入多路信號輸入輸出模塊，從而接入信號控制與處理單元。見圖1所示。
[0027] 每一路振動測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，并在工作時與振動源靠近或接觸。光纖1通過光源調(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受振動源表面位置變化而發(fā)生彎曲曲率反復(fù)形變 時，通過光纖的導(dǎo)模光強(qiáng)將會由于調(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，該改變將通過光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦?jīng)信號輸出接口將光纖第二端口 2c接入多路信號輸入輸出模塊。
[0028]進(jìn)一步的，通過多路信號輸入/輸出模塊，多路傳感光纖可以與信號控制與處理單 元連接。如附圖1(a)所示，每路光纖測量通道均有獨(dú)立的光源、光源調(diào)制模塊、光電轉(zhuǎn)換模 塊、信號輸出接口。同時一路光纖可以與多路并行光纖通道通過多路信號輸出模塊與信號 控制與處理單元連接。
[0029] 更進(jìn)一步的，該裝置可以對多點(diǎn)振動數(shù)據(jù)測量，這些數(shù)據(jù)可以用于多點(diǎn)并行監(jiān)測， 也可以用于不同振型數(shù)據(jù)的擬合或判斷。
[0030] 本實施例公開的一種光強(qiáng)式光纖振動傳感裝置的工作原理如下：
[0031] 通過改變彎曲光纖調(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)到微弱振動位移測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；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)將隨被測參數(shù)改變而被調(diào)制成為光強(qiáng)變化的信號，該信 號被送進(jìn)光電探測器和解調(diào)器;通過提取特征信號參數(shù)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y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