CN102692268A - 一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器，包括光纤激光器、耦合器、第一光纤光栅、第一光纤传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一电信号放大器、环形器、第二光纤光栅、第二光纤传感器、第三光电探测器、第二电信号放大器、数据采集卡以及频谱分析模块，与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：低成本，高灵敏度，频率响应范围大，能够实时在线探测高频振动信号，且系统稳定性好，可靠性高。

Description

一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器

技术领域

本发明涉及一种光纤振动传感器及其制造方法，可以实现对工程结构的长期动态实时分布式监测。

背景技术

结构健康检测包括整体与局部长期监测，整体监测主要是通过振动传感器/加速度计测量结构的节点加速度而实现结构整体的模态识别，并根据结果达到结构的安全性检测和监测的目的。目前用于动态监测的传感器主要包括压电式振动传感器和光纤光栅振动传感器。但工程实际表明，压电式振动传感器受外界干扰较大，在稳定性和耐久性上不能满足长期监测的需要。而光纤光栅加速度计结构复杂，信号解调系统成本高，且频率响应范围和灵敏度有限。在实际工程结构测量中，往往需要一种低成本，性能稳定，频率响应范围大且灵敏度高的传感器技术，实现对结构的多点长期监测。

发明内容

    本发明的目的是提供一种基于光纤多模干涉的分布式光纤振动传感器，实现对工程结构健康状态监测，该系统测量距离长，灵敏度和精度高，频率响应范围大，成本低。

本发明的技术解决方案如下：

    一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器，包括光纤激光器、耦合器、第一光纤光栅、第一光纤传感器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一电信号放大器、环形器、第二光纤光栅、第二光纤传感器、第三光电探测器、第二电信号放大器、数据采集卡以及频谱分析模块，所述的光源连接耦合器的一个输入端口，耦合器的另一输入端口连接第一光纤传感器的输入端口，第一光纤传感器的输出连接第一光电探测器，耦合器两个输出端口分别连接光纤光栅和第二光电探测器，第一光纤光栅的另一端口连接环形器的输入端口，环形器的两个输出端口分别连接第二光纤光栅和第二光纤传感器的输入端口，第二光纤传感器的输出端口连接第三光电探测器，第一光电探测器和第三光电探测器的输出分别连接第一电信号放大器和第二信号放大器，第一电信号放大器和第二信号放大器的输出连接数据采集卡的输入端，数据采集卡的输出端连接频谱分析模块。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：低成本，高灵敏度，频率响应范围大，能够实时在线探测高频振动信号，且系统稳定性好，可靠性高。

附图说明

图1是本发明一种具体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

光源１发出的宽带连续激光进入耦合器2，然后分为两路，一路作为参考光进入光电探测器6，用来监测光源波动，另一路作为传感光进入光纤光栅3。某一波长的光被光纤光栅3反射，波长由光纤光栅3的的栅距决定，其余波长的光透射过光纤光栅继续向前传播进入环形器8。光纤光栅3的反射光再次通过耦合器进入传感器4，传感器4输出端连接光电探测器5。其余透射光通过环形器8后另一波长的光被光纤光栅9反射，反射光再次通过环形器8进入光纤传感器10，光电探测器11用来探测传感器10的变化。光电探测器5和11将接收到的光信号转换为电信号后，分别经过电信号放大器7和12放大，由数据采集卡13进行采集，最后进入频谱分析模块14。传感器4和10是由两段单模光纤中间熔接一定长度的多模光纤组成：当光从单模光纤进入多模光纤后，由于光纤纤芯直径变大，会产生光的多模干涉，多模干涉的信号继续向前传输并再次耦合进单模光纤中。当多模光纤受力发生振动后，多模干涉的光信号强度会发生变化。光强变化的频率与振动频率相同，而光强变化幅度则由振动幅度决定。光纤光栅3和9的功能是将不同波长的光分配给不同的传感器，以达到分布式传感的目的，所以图1中只给出两个光纤传感器的连接方式，当需要更多传感器时，只需在光栅9后面继续串联图1中虚线框所包含的结构。

光纤传感器封装于一块超薄金属膜片表面上并安装于结构上形成监测段，当监测段以一定频率发生振动时，金属膜片带动光纤传感器以相同频率振动，引起光信号强度的改变。光信号强度变化的频率与结构监测段振动频率相同，且光强变化幅度则与外界振动幅度成正比。为了消除光源本身强度起伏带来的系统误差，光电探测器6用来监测光源本身波动，并通过一定的补偿措施，消除光源所带来的误差。

Claims (2)

1.一种用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器， 其特征在于：包括光纤激光器（1）、耦合器（2）、第一光纤光栅（3）、第一光纤传感器（4）、第一光电探测器（5）、第二光电探测器（6）、第一电信号放大器（7）、环形器（8）、第二光纤光栅（9）、第二光纤传感器（10）、第三光电探测器（11）、第二电信号放大器（12）、数据采集卡（13）以及频谱分析模块（14），所述的光源（１）连接耦合器（2）的一个输入端口，耦合器（2）的另一输入端口连接第一光纤传感器（4）的输入端口，第一光纤传感器（4）的输出连接第一光电探测器（5），耦合器（2）两个输出端口分别连接光纤光栅（3）和第二光电探测器（6），第一光纤光栅（3）的另一端口连接环形器（8）的输入端口，环形器（8）的两个输出端口分别连接第二光纤光栅（9）和第二光纤传感器（10）的输入端口，第二光纤传感器（10）的输出端口连接第三光电探测器（11），第一光电探测器（5）和第三光电探测器（11）的输出分别连接第一电信号放大器（7）和第二信号放大器（12），第一电信号放大器（7）和第二信号放大器（12）的输出连接数据采集卡（13）的输入端，数据采集卡（13）的输出端连接频谱分析模块（14）。

2.如权利要求1所述的用于结构振动检测的分布式光纤振动传感器， 其特征在于：所述的第一光纤传感器（4）和第二光线传感器（10）分别由两段单模光纤中间熔接一定长度的多模光纤组成。

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