[發明專利]一種用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器及其使用方法

無效

• 申請號: 201210078547.4
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102607691A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 趙洪;張偉超;劉杰;王鵬;宋方超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明為一種用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器及其使用方法，涉及光纖振動傳感器領域。

背景技術

應用動力學參數來評價設備的故障發生情況是在監測領域中經常使用的一種手段，對于實時監測設備的工作狀態有積極重要的意義。像電網中的電力變壓器，對于其線圈振動參量的測量就是一種有效的監測手段。目前常用的振動測量方式主要采用加速度傳感器、位移傳感器和壓電傳感器等。這些傳感器雖在技術上已成熟，但傳感器內部和周圍都需要直接或間接的輔之以相關電路，輔助電路的存在會受到設備電磁環境的干擾，影響傳感器的測量準確性甚至使之不能正常工作，而且傳統的依靠電信號傳輸的傳感器不可以用于液體介質內部。

近些年，利用光纖光學技術進行振動信號檢測方法被廣泛關注。報道中主要關注的是Mach-Zehnder型干涉儀振動傳感器、Sagnac型干涉儀振動傳感器和非本征光纖法珀振動傳感器。Mach-Zehnder型干涉儀振動傳感器和Sagnac型干涉儀振動傳感器都需要有一參考臂引入，增加了傳感器安裝的難度，容易受到周圍環境的影響。非本征光纖法珀振動傳感器是依靠一個方向上的膜片耦合進行傳感的，對檢測信號有方向性的要求，在多方向同時檢測的應用環境受到限制。

發明內容

本發明目的是為了解決在電磁干擾嚴重的環境中，克服Mach-Zehnder干涉儀、Sagnac干涉儀結構復雜性和非本征光纖法珀振動傳感器依靠一個方向上的膜片耦合進行傳感，對檢測信號有方向性的要求，在多方向同時檢測的應用環境受到限制的問題而設計一種用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器及其使用方法，本發明的技術方案為：

用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器包括本征型光纖法珀腔、硬聚氯乙烯制成的圓筒振子，本征型光纖法珀腔為一段單模光纖熔接于兩段長度相等的光纖布拉格光柵中間，本征型光纖法珀腔沿圓筒振子長度方向整體粘貼于圓筒振子外側。

用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器的使用方法，包括以下步驟：

步驟一：利用DFB(分布式反饋)激光器做為光源，通過調節DFB激光器控制系統使DFB激光器輸出波長連續變化的窄帶光，該組窄帶光經過光路耦合器入射到用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器的本征型光纖法珀腔，本征型光纖法珀腔的反射光經光路耦合器入射到光電放大器獲得該組窄帶光的反射光譜，將反射光譜上峰值與相鄰的最低值之間的譜帶上曲率半徑最大點確定為靜態工作點，靜態工作點對應的控制電壓為靜態工作點控制電壓；

步驟二：調節控制電壓到靜態工作點控制電壓，使本征型光纖法珀振動傳感器工作在靜態工作點，將本征型光纖法珀振動傳感器置于待測液體環境中，當外界動態振動發生時，圓筒振子耦合各個方向的外界動態振動信號，本征型光纖法珀腔腔長即單模光纖長度將發生周期性變化，導致本征型光纖法珀腔的反射光光強形成周期性變化，反射光經光路耦合器入射到光電放大器輸出隨外界動態振動信號同步變化的輸出信號，輸出信號由數據采集卡采集成數字量后傳輸給計算機，計算機同時對本征型光纖法珀振動傳感器實際工作點偏離靜態工作點進行校正。

本發明的有益效果是通過將用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器直接放置于待測液體介質中，安裝簡便，同時利用圓筒振子可以耦合來自不同方向的振動信號，產生隨振動信號同步變化的輸出信號，實現了在液體介質中對外加激勵振動信號的傳感測量，可以檢測來自傳感器不同方向的振動信號，并且整個過程中靜態工作點是通過控制實現自動調節的。

附圖說明

圖1是用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器的結構圖；圖2是本征型光纖法珀腔沿軸線方向的剖視圖；圖3是用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器的使用原理圖；圖4是具體實施方式三中從等距離不同方向施加相同頻率激振獲得的輸出信號示意圖；圖5是DFB激光器控制系統結構示意圖；圖6是計算機糾正靜態工作點的流程圖；圖7是具體實施方式六中的反射光譜圖；圖8是具體實施方式七中法珀腔腔長與反射輸出光強對應關系曲線示意圖。

具體實施方式

下面結合圖1至圖8說明本發明的具體實施方式：

具體實施方式一

如圖1和圖2所示，用于液體介質的本征型光纖法珀振動傳感器1包括本征型光纖法珀腔2、硬聚氯乙烯制成的圓筒振子3，本征型光纖法珀腔2為一段單模光纖4熔接于兩段長度相等的光纖布拉格光柵5中間，本征型光纖法珀腔2沿圓筒振子3長度方向粘貼于圓筒振子3的外圓周表面上。從圖2中可以看出單模光纖4與光纖布拉格光柵5的纖芯部分和包層部分熔合到一起。