[其他]自振蕩光諧振傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87105179
• 申請日: 1987-07-20
• 公開（公告）號: CN87105179A
• 公開（公告）日: 1988-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 安東尼·C·吉爾比
• 申請（專利權(quán)）人: 福克斯保羅公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02F1/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 曹濟洪,許新根

本發(fā)明涉及以光纖為基礎(chǔ)的通信和測量裝置的領(lǐng)域，更詳細(xì)地說，涉及采用沿光纖傳輸?shù)奈凑{(diào)制光作為低電平能源的光激勵振蕩諧振元件裝置和方法。單根光纖將光能載送到一個換能器，在該換能器中將被測量加到一個諧振元件，用干涉測量法結(jié)合光動力效應(yīng)檢測和驅(qū)動該諧振元件。

隨著以光纖為基礎(chǔ)的通信和生產(chǎn)過程的控制的優(yōu)越性日益為人們所周知，各種通過光纖將低電平的光能傳輸?shù)絺鞲衅魈幰赃M行規(guī)定的測量并將測量信息通過光纖通路送回到控制和測量地點的簡單、開銷不大、可靠的方法愈來愈受到重視。這類過程控制系統(tǒng)的設(shè)計人員所面臨的許多問題中包括需要有數(shù)量不多的低亮度級光路，和這樣一種準(zhǔn)確可靠的測量方法，使得所獲得的測量信息可借助于光纖信號準(zhǔn)確傳遞。在應(yīng)用諧振元件傳感器時，特別重要的一點是要研制出低功率、高效率的傳感器、以便調(diào)制可利用的光。其中一個問題是為降低將諧振器驅(qū)動到適當(dāng)?shù)碾娖剿枰墓夤β书撝但@取光機械環(huán)路高增益的問題。

那種受力作用的諧振元件其諧振頻率為加到該諧振器的拉力（或壓力）的函數(shù)的儀器是大家所熟悉的。測力儀即可基于這種關(guān)系進行測力，具體作法是令諧振器振動，同時往其上加一個拉力或壓力，然后測量量其振動頻率;這是迄今公認(rèn)的事實。這個原理在振動金屬絲諧振器的應(yīng)用，在美國專利4，329，775中有介紹。

為了進行這個篇幅有限的介紹，“過程控制”一詞包括涉及大量能表示諸如加速度、流體流量、流率、溫度、壓力、壓差、液面以及它們的等效值和導(dǎo)數(shù)等物理參數(shù)或“被測量”受控制過程各條件的單變量過程和復(fù)合多變量過程。這里使用的“諧振機械結(jié)構(gòu)”、“諧振器”和“諧振元件”等詞通常是指梁（空心梁、懸臂梁和懸臂空心梁和雙梁元件或其它多梁元件）和帶材、金屬絲或其它制品，以及它們的同等物，所有這些制品都可在特定振蕩頻率下使其諧振。具體地說，包括單端和雙端式品種的音叉結(jié)構(gòu)以及多叉式音叉結(jié)構(gòu)。

“光纖”、“光學(xué)纖維”和“光能”通路或通路裝置及其等效術(shù)語是指單模或多模光纖通信通路，這些通路可以是由單根或多根玻璃纖維制成的單根光能導(dǎo)體。

這里使用的“光能”、光或光通量包括波長在0.1和100微米之間的電磁輻射能，尤其包括紅外、紫外和可見電磁輻射能。為簡單計，這類電磁輻射能概括起來而且毫無限制地可以指“光”光通量或光能。這類光能還可以說成是“穩(wěn)定的”或“連續(xù)的”或“未調(diào)制的”，以區(qū)別于經(jīng)變換用以傳遞信息用的光能信號。“光能”一詞具體包括相干和非相干光能。

“調(diào)制”一詞在這里用得很多，它用以表示改變光束的一些特性，使其隨另一信號的瞬時值同步變化，在這里可具體用以表示調(diào)幅和調(diào)頻。“未調(diào)制的光能”是指在這種意義上未經(jīng)調(diào)制的光能。

“單色的”一詞是指由單個波長組成的光能。“準(zhǔn)直光”是指具有大致上使其平行于某一線或方向的光線的光能。

“流體”一詞包括氣體和/或液體。“力”一詞用以表示能使一個物體移動或改變其運動的任何物理參數(shù)或現(xiàn)象，具體包括作用于單位面積上的力（壓力）和任何能轉(zhuǎn)換成壓力的參數(shù)或現(xiàn)象。

“換能器”一詞用以表示將能量從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式的器件。這里使用的“光電換能器”、“電光換能器”、“光動能換能器”等詞具體表示用以將光能轉(zhuǎn)換成電能、電能轉(zhuǎn)換成光能或光能轉(zhuǎn)換成動能用的器件的類別。應(yīng)該指出的是，在能量轉(zhuǎn)換過程中，可能會出現(xiàn)能量在轉(zhuǎn)換成目的形式中先轉(zhuǎn)換成中間形式的情況。

這里使用的“光熱效應(yīng)”和“光動力效應(yīng)”二詞是指沖擊著適當(dāng)表面或表面涂層的光子引起局部發(fā)熱，這種發(fā)熱足以使涂層或襯底局部膨脹，從而產(chǎn)生運動的現(xiàn)象。

本發(fā)明涉及一種安置在生產(chǎn)環(huán)境中具有能檢測諸如壓力、壓差、力、加速度或溫度等欲測定的被測量的結(jié)構(gòu)的自振蕩光激勵諧振傳感器。光能由一個未調(diào)制的光能源最好經(jīng)由光纖傳遞到傳感器處。光能源與檢測裝置一起安置在例如控制室等遠(yuǎn)地適當(dāng)場所，以經(jīng)由光纖和光纖分路器接收背反射的調(diào)制過的光能。就是說，與被測量有關(guān)的調(diào)制能沿同一根光纖被反射回遠(yuǎn)地處。