[發(fā)明專利]光纖二維振動(dòng)傳感器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811383452.7
• 申請(qǐng)日: 2018-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN109374112B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳勝楠;何賽靈;譚沁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種光纖二維振動(dòng)傳感器及其制作方法，包括單模光纖，所述單模光纖的端部為光纖懸臂梁，光纖懸臂梁上套有光纖毛細(xì)管，光纖毛細(xì)管的一端與單模光纖固定連接，光纖毛細(xì)管的另一端封堵有薄膜，所述光纖懸臂梁、光纖毛細(xì)管以及薄膜之間形成法布里?珀羅干涉腔。相比于現(xiàn)有的光纖振動(dòng)傳感器，具有成本低、可檢測(cè)方向性等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種光纖二維振動(dòng)傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)

法布里-珀羅干涉儀的基本工作原理是在一根光纖中實(shí)現(xiàn)光束干涉，外界環(huán)境變化會(huì)引起法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)變化，通過(guò)光譜干涉條紋變化來(lái)監(jiān)測(cè)外界物理量的變化。這種光纖微腔型傳感器因其體積小、無(wú)需額外振動(dòng)轉(zhuǎn)能和不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在振動(dòng)傳感方面有很大的應(yīng)用潛力，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于地震波檢測(cè)、光纖水聽器、無(wú)損探傷、石油天然氣勘探、工業(yè)過(guò)程化控制和結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)等眾多領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于振動(dòng)方向的不確定性造成機(jī)械故障由此造成生產(chǎn)停滯，或者因此使得本來(lái)固定方向振動(dòng)的機(jī)械偏離了原來(lái)軌道，可能會(huì)給生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大損失。2006年，來(lái)自丹麥的Koheras公司實(shí)現(xiàn)了4點(diǎn)DFB光纖激光傳感器陣列的海上復(fù)用；加拿大卡爾頓大學(xué)J.Albert課題組于2008年報(bào)道了一種基于傾斜光纖光柵錯(cuò)位熔接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高靈敏度振動(dòng)傳感的方法；2011年，中山大學(xué)的李雙佶等人提出了一種基于M-Z干涉儀的單模光纖聲波傳感器。

目前光纖振動(dòng)傳感器主要存在以下問(wèn)題：1.無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測(cè)振動(dòng)的多種特性；2.需要使用復(fù)雜的陣列來(lái)檢測(cè)振動(dòng)方向，對(duì)振動(dòng)的方向性檢測(cè)靈敏度不高，有少數(shù)的矢量型光纖振動(dòng)傳感器，會(huì)利用到光纖的偏振特性進(jìn)行光纖橫向振動(dòng)傳輸方向的檢測(cè)，這種方法往往需要高精度和高穩(wěn)定性的偏振檢測(cè)技術(shù)的支持；3.由于造價(jià)較高，測(cè)量裝置與檢測(cè)手段也比較復(fù)雜，光纖振動(dòng)傳感器難以在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖二維振動(dòng)傳感器及其制作方法，該傳感器接收到的垂直光纖方向振動(dòng)使得懸臂梁發(fā)生微小彎曲，平行光纖方向振動(dòng)使得法布里-珀羅干涉腔長(zhǎng)發(fā)生改變，從而改變反射干涉譜的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的頻率、強(qiáng)度和方向的同時(shí)檢測(cè)，相比于現(xiàn)有的光纖振動(dòng)傳感器，具有成本低、可檢測(cè)方向性等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種光纖二維振動(dòng)傳感器，包括單模光纖，所述單模光纖的端部為光纖懸臂梁，光纖懸臂梁上套有光纖毛細(xì)管，光纖毛細(xì)管的一端與單模光纖固定連接，光纖毛細(xì)管的另一端封堵有薄膜，所述光纖懸臂梁、光纖毛細(xì)管以及薄膜之間形成法布里-珀羅干涉腔。

本發(fā)明的另一目的是提供一種光纖二維振動(dòng)傳感器的制作方法，包括以下步驟：

(1)將單模光纖的端部加工出光纖懸臂梁；

(2)將光纖懸臂梁內(nèi)嵌入光纖毛細(xì)管中并固定連接；

(3)將光纖毛細(xì)管外端鍍薄膜，形成法布里-珀羅干涉腔。

作為優(yōu)選，采用化學(xué)腐蝕法或拉錐工藝將單模光纖的端部加工出光纖懸臂梁。

作為優(yōu)選，采用環(huán)氧樹脂固定或利用熔接機(jī)進(jìn)行放電熔接的方式將光纖懸臂梁與光纖毛細(xì)管固定連接。

作為優(yōu)選，所述薄膜采用彈性材料。

作為優(yōu)選，所述彈性材料為聚二甲基硅氧烷、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或石墨烯等等。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)本發(fā)明所提出的光纖傳感器結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)檢測(cè)出振動(dòng)的頻率、強(qiáng)度和方向；(2)本發(fā)明創(chuàng)新性地將懸臂梁結(jié)構(gòu)和法布里-珀羅微腔相結(jié)合，利用不同方向的振動(dòng)對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生不同影響來(lái)進(jìn)行振動(dòng)信息的解調(diào)，提供了一種低成本、快速、高效的方向性振動(dòng)檢測(cè)手段；(3)本發(fā)明提出的傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，制作成本低，有潛力進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明