[實用新型]基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器和測試裝置

有效

• 申請號: 201921342672.5
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN210893405U
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 陳彧芳;陳乾;沈志平;周權;萬洪丹
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G02B6/255
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳海燕

本實用新型公開了一種基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器和測試裝置，非對稱微納光纖耦合器包括第一單模光纖臂、第二單模光纖臂、第一少模光纖臂、第二少模光纖臂及融錐區和耦合區。在第一單模光纖臂加載振動信號，光纖主軸產生周期性波動，使得輸入光的偏振態發生改變，x偏振與y偏振基模的功率比發生改變，耦合器兩個輸出端口的輸出功率發生波動，實現振動信號的動態實時檢測。本實用新型傳感器對瞬態微振動信號檢測具有極高響應度和線性度，通過對該振動傳感器輸出振動頻率和幅值變化的監測，利用頻譜分析儀監測該傳感器輸出功率的變化，利用示波器監測傳感器輸出信號電壓幅值大小變化情況，有效估計加載振動信號的幅值大小。

技術領域

本實用新型屬于光纖傳感技術領域，尤其涉及一種基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器和測試裝置。

背景技術

光纖振動傳感器在多區域結構安全監測中成為研究熱點。主要包括油氣管道、煤礦、電力、建筑物、隧道、大壩等眾多基礎領域，對即將發生的機械結構、基礎設施的異常情況或事故進行預警，以避免人員傷亡，并提供維護和維修建議，同時可有效降低由地震、海嘯等自然災害帶來的損失。

目前振動測量方法主要有機械式、電測式、光學式三種測量。機械式測量方法主要利用杠桿原理，直接記錄放大的振動量。該方法抗干擾能力強，但頻率測量范圍窄、精度低，僅適用于低頻、大幅度測量。壓電式是將施加的振動參量轉換為電信號，利用電測試儀表進行測量。該方法靈敏度高，但是易受電磁干擾，穩定性差。光學式測量方法是將施加的振動參量轉換為光信號，抗電磁干擾，同時頻率響應范圍廣、精度高。近年來，光纖振動傳感器憑借結構緊湊、靈敏度高和穩定性好、頻率響應范圍大、制作成本低等優點得以迅速發展。

基于光纖的振動傳感器主要有：光纖布拉格光柵振動傳感器，體積大、難于集成且制作成本高；基于馬赫增德爾干涉儀的光纖振動傳感器，制作復雜且作用波長有限；基于后向瑞利散射的分布式光纖振動傳感器具有較高的空間分辨率以及靈敏度，但是其電路調制系統復雜、成本相對較高。因此，研究并實現一種靈敏度高、線性度和穩定性好、頻率響應范圍大、結構緊湊、制作成本低、結構簡單、應用環境豐富的光纖振動傳感器在目前仍然具有較高的研究與應用價值。

實用新型內容

發明目的：針對以上問題，本實用新型提出一種基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器和測試裝置。

技術方案：為實現上述設計目的，本實用新型所采用的技術方案是：

一種基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器，包括壓電陶瓷、函數信號發生器、非對稱微納光纖耦合器；所述非對稱微納光纖耦合器包括第一單模光纖臂、第二單模光纖臂、第一少模光纖臂、第二少模光纖臂；第一單模光纖臂和第一少模光纖臂一端熔融拉錐形成第一融錐區，第二單模光纖臂和第二少模光纖臂一端熔融拉錐形成第二融錐區，第一融錐區和第二融錐區通過耦合區連接；第一單模光纖臂纏繞于壓電陶瓷上，函數信號發生器驅動壓電陶瓷，壓電陶瓷對第一單模光纖臂施加振動信號。

一種基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器測試裝置，包括窄帶激光器、偏振控制器、壓電陶瓷、函數信號發生器、非對稱微納光纖耦合器、光電探測器、頻譜分析儀；所述非對稱微納光纖耦合器包括第一單模光纖臂、第二單模光纖臂、第一少模光纖臂、第二少模光纖臂；第一單模光纖臂和第一少模光纖臂一端熔融拉錐形成第一融錐區，第二單模光纖臂和第二少模光纖臂一端熔融拉錐形成第二融錐區，第一融錐區和第二融錐區通過耦合區連接；第一單模光纖臂纏繞于壓電陶瓷上，函數信號發生器驅動壓電陶瓷，壓電陶瓷對第一單模光纖臂施加振動信號；窄帶激光器連接偏振控制器后，再與第一單模光纖臂相連，第二單模光纖臂和第二少模光纖臂均依次連接有光電探測器、頻譜分析儀，檢測輸出端振動信號的振動頻率和輸出功率。

進一步地，連接方式均為光纖熔接。

有益效果：本實用新型的基于非對稱微納光纖耦合器的振動傳感器，其輸出的干涉信號均勻性好、對比度高，有利于解調出振動信號。