[發(fā)明專利]一種實現準分布式振動傳感的方法

有效

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• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104316159A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設計）人: 陳達如;王曉亮;彭保進
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術領域，特別涉及了一種基于光纖和壓光材料實現準分布式振動傳感的方法。

背景技術

光纖的出現是傳感技術領域的一個里程碑，光纖傳感器已經成為物聯網技術發(fā)展不可或缺的一部分。光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質，也可以作為光波感知外界環(huán)境的介質。當光波在光纖中傳輸時，其特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長等會因外界因素如溫度、壓力、應變、磁場、電場、位移等值接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件探測物理量。光纖傳感技術就是利用光纖對某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉換成可以直接測量的信號的技術。光纖傳感技術是光學領域最為重要的傳感技術之一，已經被廣泛應用于石化、建筑、生物、醫(yī)學、航天、航空、機械、高鐵、橋梁、國防工業(yè)等領域。

利用光纖傳感技術可以實現振動傳感，目前實現振動傳感的光纖傳感器包括：1、增敏的光纖布拉格光柵。由于光纖布拉格光柵對振動不敏感，需要特殊的增敏技術來實現其對振動的傳感，結構復雜，成本較高。2、光纖FP腔振動傳感器，主要用于單點振動傳感。3、單頻光纖激光器。采用雙折射摻雜光纖作為雙波長激光器，以拍頻信號獲得振動信息，靈敏度較高，但結構復雜、成本較高。以上所有的光纖振動傳感器都需要探測激光或者泵浦激光注入到傳感器然后通過探測器獲得振動信號，都屬于有源探測方法，存在成本較高的缺點。因此，發(fā)明一種無源的成本低廉的準分布式振動傳感的方法具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明就是針對現有技術的不足，提出了一種基于光纖和壓光材料實現準分布式振動傳感的方法。

本發(fā)明的方法包括以下步驟：

步驟(1)選擇一段長度為???????????????????????????????????????????????的普通單模光纖1；利用成熟的加工技術（比如飛秒激光刻寫）在普通單模光纖上刻出一個凹陷2，凹陷底部普通單模光纖的纖芯；在凹陷內注入壓光材料3；在注入壓光材料的地方涂上固化膠4，從而固定壓光材料并增強普通單模光纖在凹陷處的機械強度；這樣在普通單模光纖的凹陷處形成一個振動傳感點，在普通單模光纖的不同位置重復上述步驟，從而形成整個普通單模光纖上總共n個振動傳感點5。

步驟(2)選擇工作波長和壓光材料匹配的兩個高速光電探頭和配有高速數據采集卡的一個計算機。

步驟(3)將已經制作n個振動傳感點的普通單模光纖的一個端口和第一個高速光電探頭6的輸入端口光纖連接；將已經制作n個振動傳感點的普通單模光纖的另一個端口和第二個高速光電探頭7的輸入端口光纖連接；將第一個高速光電探頭的輸出端口和配有高速數據采集卡的計算機8導線連接；將第二個高速光電探頭的輸出端口和配有高速數據采集卡的計算機導線連接。

當位于普通單模光纖長度方向距離原點位置處的振動傳感點Pi（i=1，2，……，n）收到振動信號時，其對應的壓光材料發(fā)出對應的光信號傳向兩個高速光電探頭，到達第一個高速光電探頭的時間為

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(1)

到達二個高速光電探頭的時間為

??????????????????????????????????????????????????????????????????(2)

其時間差為

????????????????????????????????????????????????????????(3)

其中，為普通單模光纖的有效折射率，為真空光速。

當計算機通過兩個高速光電探頭獲得時域信號時，根據公式（3）通過計算時域信號時間差來確定振動位置，通過時域信號強弱來確定振動信號強弱。因此，完成了準分布式振動傳感。

本發(fā)明主要適用于準分布式振動傳感，在長度為的普通單模光纖上刻制作了n個振動傳感點，利用了壓光材料將振動信號轉化為光信號，通過兩個高速光電探頭測量光信號強弱以及兩個信號到達時間差來確定振動信號強弱和振動位置，從而實現了準分布式振動傳感。本發(fā)明沒有采用任何激光光源，具有結構簡單、成本低廉等優(yōu)點。

附圖說明

圖1a為普通單模光纖的結構示意圖；

圖1b為刻凹坑后的普通單模光纖的結構示意圖；

圖1c為注入壓光材料后的普通單模光纖的結構示意圖；

圖1d為本發(fā)明的結構示意圖；