[發明專利]一種斜角端面光纖振動傳感器及其測量振動的方法

有效

• 申請號: 201910620810.X
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110207806B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 彭鵬;龐拂飛;沈詩;邵宇鷹;劉奐奐;王廷云;羅瀟;張琪祁;陳真
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;上海大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;B33Y30/00
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張靜潔;徐雯瓊

本發明提供一種斜角端面光纖振動傳感器，包含：窄線寬激光器，用于輸出連續光；單模光纖，單模光纖第一端連接窄線寬激光器，單模光纖第二端端面為斜角端面；傳感元件，傳感元件側面開有U形槽口；單模光纖第二端穿設槽口第一端端面位于槽口內；單模光纖第二端端面與槽口第二端端面之間形成法?珀腔；所述連續光經單模光纖傳輸至所述法?珀腔，經槽口第二端端面反射形成反射光；所述采集處理模塊連接單模光纖第一端，接收單模光纖傳輸的所述反射光。外界振動引起傳感元件產生微彎，改變法?珀腔腔長，引起反射光光強變化。采集處理模塊根據反射光光強變化獲得振動強度。本發明還提供一種測量振動的方法。本發明測量精度高，制備工藝簡單。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，具體涉及一種斜角端面光纖振動傳感器。

背景技術

振動問題一直都是科學技術領域的重要研究課題。振動傳感器通常被用于地震波檢測、光纖水聽器、無損探傷、石油天然氣勘探、工業過程化控制和結構健康檢測等眾多領域。傳統的振動傳感器包括電容或壓電傳感器，這些傳感器雖靈敏度高，但并不適用于高電壓，高磁場的地方，如變電站。斜角端面光纖振動傳感器因為其天然絕緣，不受電、磁干擾，體積小，重量輕，多路復用能力強等特點，在電力系統設施運行狀態及安全監測中具有非常廣泛的應用，一直是國內外研究和應用的熱點。

斜角端面光纖振動傳感器通過感受外界振動，引起光纖中的光波參數如光強、頻率、波長、相位以及偏振態等的變化，通過檢測光纖中光波參數的變化達到檢測外界參量的目的。光學中，法布里－珀羅干涉儀是一種由兩塊平行的玻璃板組成的多光束干涉儀，其中兩塊玻璃板相對的內表面都具有高反射率。斜角端面光纖振動傳感器中，法布里-珀羅(法-珀)干涉儀具有獨特的吸引力，這是由于它能提供非接觸式無擾動振動分析裝置，并且也已經證明在振動與位移測量中具有明顯的性能優勢。

近年來，3D打印作為一種增材制造技術，越來越得到大家的廣泛關注，在工程、航天、生物醫學等各個領域都有了新的探索和研究。與其他傳統的加工制造技術不同，3D打印技術是通過材料的層層堆積來實現的。因此，隨著3D打印技術應用的不斷完善，有必要擴大3D打印技術在光纖傳感領域的發展。然而，如何面向振動傳感實用化需求，開發制備工藝簡單、可實現批量制備且重復性良好的傳感器，一直是制約其性能一致性及實用化的難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種斜角端面光纖振動器傳感器及其測量振動的方法。本發明的斜角端面光纖振動傳感器通過在傳感元件側面開設一個U形槽口，單模光纖第二端穿設傳感元件的U形槽口第一端端面位于槽口內，非常容易獲得單模光纖第二端與槽口第二端端面之間的法-珀腔。槽口減小了傳感元件的抗彎剛度，使得傳感元件易于感受到外界振動而產生形變改變所述法-珀腔的腔長。窄線寬激光器輸出的連續光經單模光纖入射至該法-珀腔，并經槽口第二端端面反射生成反射光，反射光光強隨法-珀腔腔長變化。采集處理模塊接收并解調所述反射光獲得振動信號。本發明通過3D打印保證了傳感元件結構的一致性，并通過單模光纖第二端的斜角結構，提高反射光的光譜對比度,保證了本發明的傳感器的測量精度。

為了達到上述目的，本發明提供一種斜角端面光纖振動傳感器包含：窄線寬激光器、單模光纖、傳感元件、采集處理模塊；

所述窄線寬激光器，用于輸出連續光；

單模光纖第一端連接窄線寬激光器；單模光纖第二端端面為斜角端面；通過所述斜角使得單模光纖第二端斜角端面的反射率匹配槽口第二端端面反射率，實現提高反射光的光譜對比度。

所述傳感元件為圓柱體，且在圓柱體側面開設U形槽口；所述槽口的軸向長度小于圓柱體的長度；單模光纖第二端穿設槽口第一端端面位于所述槽口內；單模光纖第二端端面與槽口第二端端面保持一個距離，單模光纖第二端端面與槽口第二端端面之間形成法-珀腔，所述距離為法-珀腔腔長；所述連續光經單模光纖傳輸至所述法-珀腔，經槽口第二端端面反射形成反射光；

所述采集處理模塊連接單模光纖第一端，接收單模光纖傳輸的所述反射光，并根據接收的光強變化獲得振動強度。