[實用新型]一種基于Sagnac干涉儀的光纖液壓增敏型傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720858833.0
• 申請日: 2017-07-16
• 公開（公告）號: CN207456558U
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫韋;于淼;常天英;張瑾;崔洪亮;羅政純;郎金鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01F23/14
• 分類號: G01F23/14
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本實用新型公開了一種基于Sagnac干涉儀的光纖液壓增敏型傳感器，其是由半導(dǎo)體激光器，光隔離器，2*2光纖耦合器，光偏振控制器，參考光纖繞環(huán)，光纖液壓增敏傳感探頭，光電探測器和上位機解調(diào)系統(tǒng)組成，光纖液壓增敏傳感探頭是液壓測量的關(guān)鍵模塊。結(jié)構(gòu)中右側(cè)艙內(nèi)液油壓強差變化通過杠桿結(jié)構(gòu)將左側(cè)密封艙相連，對力進行轉(zhuǎn)換增敏，帶動左側(cè)運動引起艙內(nèi)光纖空心敏感柱體壓縮，改變了柱體上纏繞光纖的長度及折射率，使光相位發(fā)生改變，用光電探測器轉(zhuǎn)化為光強信號，通過上位機解調(diào)系統(tǒng)從光強信號中解調(diào)出相位變化，進而反演出壓強變化。該傳感器檢測精度高，可以提升對液壓檢測的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Sagnac干涉儀的光纖液壓增敏型傳感器。

背景技術(shù)

隨著機電液一體化技術(shù)的進步和故障診斷技術(shù)的提高，人們對液壓傳感器的測量精度和響應(yīng)速度的要求也越來越提高。液壓傳感器在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用如工業(yè)安全生產(chǎn)，海洋作業(yè)檢測，水利水電，石油液位檢測及航空航天等領(lǐng)域。其中，液位是控制過程中的參數(shù)之一。油罐需要進行油位高度的監(jiān)測，如果壓強過高，會發(fā)生爆裂，容易引起火災(zāi)等安全隱患；海下壓力超過一定范圍時，會對水下作業(yè)產(chǎn)生一定影響；水庫的水位超過堤壩承受的范圍時，會發(fā)生堤壩崩塌等安全事故；鍋爐水壓過大會發(fā)生爆炸危及人們生命。因此，高精度的液壓傳感器對于液位的實時檢測，安全生產(chǎn)等方面具有十分重要的意義。

自上世紀(jì)七十年代以來，光纖傳感器技術(shù)發(fā)展迅速。光纖傳感器與其他的傳感器相比，具有一系列獨特的優(yōu)點如本征安全、抗電磁輻射、可在高溫、高壓、高腐蝕、易燃、易爆或有毒的環(huán)境條件下長期穩(wěn)定工作、測量精度高，響應(yīng)速度快，在眾多安全監(jiān)測領(lǐng)域占據(jù)不可取替的地位。光纖干涉技術(shù)是光纖傳感技術(shù)中最為敏感的技術(shù)之一，可以對多種物理量的變化進行實時測量，將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用到液壓系統(tǒng)中，具有巨大的潛在價值。

目前國內(nèi)外也有很多關(guān)于光纖液壓傳感器的研究和報道。J.Srll等人利用Sagnac干涉儀結(jié)構(gòu)構(gòu)成了傳感器，實現(xiàn)了溫度和壓力的同時測量但靈敏度不夠高；全戰(zhàn)等人提出一種液壓傳感器的壓力增敏方法，將光纖激光器封裝在一種復(fù)合結(jié)構(gòu)中將外界液壓轉(zhuǎn)化為腔內(nèi)雙折射，但壓力響應(yīng)不夠。曾慶良等人研制出了安全型液壓多功能傳感器動態(tài)測試采煤機液壓系統(tǒng)的壓力、流量和溫度于一體，但同樣存在靈敏度不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于Sagnac干涉儀的光纖液壓增敏型傳感器，其結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度可根據(jù)測量求進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

本實用新型包括如下內(nèi)容：

一種基于Sagnac干涉儀的光纖液壓增敏型傳感器。包括半導(dǎo)體激光器(1)，光隔離器(2)，2*2光纖耦合器(3)，光偏振控制器一(4)，參考光纖繞環(huán)(5)，光偏振控制器二(6)，光纖液壓增敏傳感探頭(7),光電探測器(8)，上位機解調(diào)系統(tǒng)(9)。半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)出的光通過光隔離器(2)后進入2*2光纖耦合器(3)，耦合器將光波分成兩束沿相反方向傳輸?shù)牟?，其中順時針方向傳輸?shù)墓夥謩e通過環(huán)路中的光偏振控制器一(4)、參考光纖繞環(huán)(5)、光偏振控制器二(6)和光纖液壓增敏傳感探頭(7)，逆時針的光反向依次通過上述各模塊。兩束光經(jīng)過環(huán)路后再次到達(dá)耦合器(3)相干輸出。耦合器的輸出端接入光電探測器(8)進行光電轉(zhuǎn)換，光電探測器(8)與上位機解調(diào)系統(tǒng)(9)相連。

本實用新型的原理是利用光纖的光彈效應(yīng)，泊松效應(yīng)和應(yīng)變效應(yīng)。當(dāng)光纖長度發(fā)生變化，纖芯的物理性質(zhì)變化引起纖芯折射率的改變，最后使光的相位發(fā)生變化。利用杠桿原理F₁l₁＝F₂l₂可調(diào)節(jié)力臂長度實現(xiàn)增敏的效果。另將參考光纖和傳感光纖長度相差15％,會產(chǎn)生游標(biāo)效應(yīng)，對應(yīng)的是兩個不同周 期的刻度尺，參考光纖相當(dāng)于標(biāo)尺，傳感光纖對應(yīng)游尺，利用周期性的濾波特性的諧振峰漂移放大，將游標(biāo)效應(yīng)與相位解調(diào)聯(lián)系在一起，實現(xiàn)相位靈敏度的倍增。