專利名稱：單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)應(yīng)變、振動、聲波傳感器，尤其涉及一種基于融熔雙錐過度耦合技術(shù)的光纖圈反射式振動、聲波傳感器。
背景技術(shù)：
振動傳感器正被廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各部門，然而，電子基的振動傳感器體積大，易受電磁干擾，傳感部件有電流與電壓的存在，這大大限制了其應(yīng)用范圍，例如大型機電設(shè)備在工作時會產(chǎn)生強電磁場及存在易燃、易爆氣體的場所，因此體積小、抗電磁干擾能力強、易于多點復(fù)用、傳感元件不需帶電的光纖振動傳感器正成為研究的熱點。目前報道的光纖振動傳感器大致有干涉儀式、光纖光柵式、融熔雙錐式。其中干涉儀式的光纖加速度傳感器基于光纖干涉儀，其傳感部件需機械增敏，體積較大，整體技術(shù)復(fù)雜。光纖光柵式的光纖振動傳感器基于光纖布拉格光柵(FBG)，傳感部分需要機械增敏，體積較大，且易受環(huán)境溫度影響。融熔雙錐式的光纖振動傳感器基于融熔雙錐技術(shù)，它以體積小、靈敏度高、成本低而受到格外重視，傳感部件不需機械增敏，可直接貼在待測部件表面，它一般采用分光比會受到振動的影響而發(fā)生改變這一原理，通過檢測從輸入端到兩個輸出端的分光比變化得到振動信號，這樣，需要一入二出三條光纖，這不僅增加了傳感器的安裝難度，而且由三條光纖受外界影響導(dǎo)致的變化不一致會帶來測量誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足提出了一種單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，它所要解決融熔雙錐過度耦合型光纖振動、聲波傳感器必需采用3條光纖傳輸光波這一問題，提供一種只用一條光纖輸入輸出、易于安裝、低成本、高靈敏度的振動、聲波傳感器。
本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的它包括光源、光纖圈反射器和連通光源和光纖圈反射器的耦合器，以及與耦合器連接的解調(diào)電路，其特征是所述光纖圈反射器包括中間部分熔融在一起的兩根光纖，將兩根光纖的輸出端融接構(gòu)成光纖圈反射器。
本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，光纖圈反射器是基于耦合器原理，如果將耦合在一起的兩根光纖的輸出端融接在一起，它就構(gòu)成了光纖圈反射器，從輸入端輸入的光將沿原路返回，這樣一根光纖就可以同時實現(xiàn)輸入、輸出。融熔雙錐式聲波、振動傳感器中的傳輸光纖就變?yōu)橐桓虼吮景l(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了技術(shù)目的。
本方案的具體特點還有，所述光纖圈反射器固定在石英V形槽中。
所述光源為法一珀腔半導(dǎo)體激光器，所述耦合器為3dB耦合器。
所述解調(diào)電路包括與耦合器連接的兩只探測器，與探測器連接的信號處理電路，以及與信號處理電路連接的濾波器。半導(dǎo)體激光器輸出的光進入3dB耦合器后一分為二，一束進入一只探測器作為參考以消除光源功率的漂移，另一束導(dǎo)入光纖圈反射器，經(jīng)光纖圈反射器反射沿原光路返回，返回的光信號再次經(jīng)過耦合器耦合至另一只探測器，兩只探測器將接受到的光強轉(zhuǎn)化成電壓，信號處理電路進行 運算，以消除光源漂移給測量帶來的誤差。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2作為光源的法-珀腔二極管激光器的輸出光譜。
其中x軸代表波長，單位為nm，Y軸代表光強，單位dBm。
圖3是光纖圈反射器的外形圖。
圖4是光纖圈反射器中光纖耦合示意圖。
圖5是光纖圈反射器在加不同應(yīng)變時的反射譜。
其中x軸代表波長，單位為nm，Y軸代表反射率，單位為dB。
圖6單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器的低頻相應(yīng)。
其中x軸代表時間，單位為S，Y軸代表傳感系統(tǒng)輸出，單位V。
圖7單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器的高頻相應(yīng)。
其中x軸代表時間，單位為S，Y軸代表傳感系統(tǒng)輸出，單位V。
圖8是探測器接收及信號處理電路。
圖9是濾波器電路。
圖中，1、法-珀腔半導(dǎo)體激光器，2、3dB耦合器，3、傳感器，4、探測器，5、探測器，6、數(shù)據(jù)處理電路，7、濾波器，11、輸入端，12、輸出端，13、輸出端，14、耦合區(qū)。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明工作原理如圖1所示，它由法-珀腔半導(dǎo)體激光器1、3dB耦合器2、光纖圈反射器3、探測器4和5、信號處理電路6、濾波器7組成。法-珀腔激光器1輸出光譜如圖2所示的光，它進入3dB耦合器2后一分為二，一束進入探測器5作為參考以消除光源功率的漂移，另一束導(dǎo)入光纖圈反射器3，經(jīng)光纖圈反射器反射沿原光路返回，返回的光信號再次經(jīng)過耦合器2耦合至探測器4，探測器4和5將接受到的光強轉(zhuǎn)化成電壓V1和V2，信號處理電路6進行 運算，以消除光源漂移給測量帶來的誤差，探測器接收電路和信號處理電路如圖8所示，得到的信號再經(jīng)過濾波器濾除噪聲，濾波器電路如圖9所示。
基于融熔雙錐過度耦合技術(shù)的單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器的傳感器件光纖圈反射器外形圖如圖3所示，它可采用光纖融熔拉錐機制作，制作工藝與耦合器制作工藝相似，耦合區(qū)的長度比普通耦合器長，這里我們采用光強轉(zhuǎn)換周期為90，分光比設(shè)定為50∶50，光纖圈反射器拉制好后固定在石英V形槽中(直徑2.6mm，長度60mm)。光纖圈反射器的內(nèi)部構(gòu)造如圖4所示，輸入光通過耦合區(qū)14分為輸出1與輸出2，將兩路光纖的輸出端12、13融接在一起，這種器件就組成了光纖圈反射器，它的反射率光譜如圖5所示，當(dāng)傳感器受到振動或聲波的作用時，耦合區(qū)將會產(chǎn)生應(yīng)變，光纖圈反射器3的反射率將發(fā)生變化，圖5中的實線、斷續(xù)線、點化斷續(xù)線代表光纖圈反射器在沒有應(yīng)變時、110微應(yīng)變時、220微應(yīng)變時由光纖圈反射器反射回輸入端的反射率，我們可看出1312nm處，220微應(yīng)變將會帶來1.2dB反射率的變化，利用這個變化可將振動信號解調(diào)出來，解調(diào)器將反射率的變化轉(zhuǎn)化成電子信號輸出。
對傳感系統(tǒng)測試時，我們將光纖圈反射器固定在懸臂梁上，給懸臂梁施加低頻動態(tài)應(yīng)力，光纖圈反射器的響應(yīng)如圖6下部曲線所示，圖6上部曲線顯示的是用于監(jiān)測懸臂梁應(yīng)變的電子動態(tài)應(yīng)變儀的輸出，1mV代表1微應(yīng)變。對懸臂梁加以敲擊信號，敲擊將產(chǎn)生聲波和動態(tài)應(yīng)變，光纖圈反射器對它的響應(yīng)如圖7下部曲線所示，圖7上部曲線是測量懸臂梁應(yīng)變的電子動態(tài)應(yīng)變儀的輸出，1mV代表1微應(yīng)變。實驗表明，光纖圈反射器有非常好的高、低頻響應(yīng)。
這樣，本發(fā)明實現(xiàn)了單根光纖輸入輸出的振動、聲波傳感。這種傳感器安裝方便，不受電磁干擾，易于多點復(fù)用、傳感部分不帶電，屬本征安全型，它可用于傳統(tǒng)電子傳感器很難適應(yīng)的場所，例如大型發(fā)電機組內(nèi)部的振動監(jiān)測，油氣傳輸管道的監(jiān)測油氣傳輸管道的監(jiān)測等場合，化工設(shè)備的監(jiān)測等等。
權(quán)利要求
1.一種單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，它包括光源、光纖圈反射器和連通光源及光纖圈反射器的耦合器，以及與耦合器連接的解調(diào)電路，其特征是所述光纖圈反射器包括中間部分熔融在一起的兩根光纖，將兩根光纖的輸出端融接構(gòu)成光纖圈反射器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，其特征是，所述光纖圈反射器固定在石英V形槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，其特征是所述光源為法-珀腔半導(dǎo)體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，其特征是所述耦合器為3dB耦合器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，其特征是解調(diào)電路包括與耦合器連接的兩只探測器，與探測器連接的信號處理電路，以及與信號處理電路連接的濾波器。
全文摘要
一種單端光纖圈反射式振動、聲波傳感器，它只用一條光纖輸入輸出、易于安裝、低成本、高靈敏度的振動、聲波傳感器。它包括光源、光纖圈反射器和連通光源和光纖圈反射器的耦合器，以及與耦合器連接的解調(diào)電路，其特征是所述光纖圈反射器包括中間部分熔融在一起的兩根光纖，將兩根光纖的輸出端融接構(gòu)成光纖圈反射器。本發(fā)明主要用于振動及聲波傳感器。
文檔編號G01H9/00GK1995933SQ20061006901
公開日2007年7月11日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者常軍, 劉統(tǒng)玉, 馬良柱, 王黔, 王紅春, 倪家升 申請人:山東微感光電子有限公司