CN104236694A - 高灵敏光纤型振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高灵敏光纤型振动传感器，包括机盒和均位于机盒内的固定体、单模光纤、两悬吊线、两固接体、摆动锤和两限位体；单模光纤自身一部分卷弯成圆环状而相应形成光纤环，固定体固定住光纤环，至少光纤环一部分受到自身材料形变应力作用而不接触机盒内表面以至始终悬空而形成悬空光纤段；在悬空光纤段上固装着两固接体，两悬吊线其各自一端分别固接一固接体，两悬吊线其各自另一端共同固接摆动锤；仅当机盒受到振动时，摆动锤方才往复摆动以通过两悬吊线驱使悬空光纤段振动，光纤环穿过两限位体各自设置的限位凹槽的部分在限位凹槽内往复滑动，受振动的光纤环则被两限位体各自设置有的限位凹槽与固定体约束以至被自身材料应力作用而反复地弹性形变。本发明结构更加合理、完善，进一步提高感测振动的灵敏度。

Description

高灵敏光纤型振动传感器

技术领域

本发明涉及光纤传感装置，特别是高灵敏光纤型振动传感器。

背景技术

光纤传感技术是现代通信技术的产物，是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。光纤传感器在许多方面有优势：比现行技术有更高的探测灵敏度、可以做成各种几何形状、可以探测各种物理量(声音、磁场、温度、旋转等)，还可用于高温、高电压、电子噪声、腐蚀或其它应力环境，并具有光纤探测技术的固有特性。当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。将光纤传感技术应用与安防，国外应用研究发展较早，目前已达到工程实用阶段的具有代表性的有三家企业：OPTELLIOS、SENSOPTICS、FFT公司。在世界范围内，由于对工民建和工业设施安全性和效益要求的不断提高，对集成的安全检测系统的需求逐步攀升，具备可连续、无间断、长距离测量并与被测量介质有极强的亲和性的分布式光纤传感系统正是为此而量身定做的。分布式光纤传感系统通常有三种类型：拉曼型、布里渊型和FBG 型。

目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有有关产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂家。由于光纤传感器未能跨越产品化的门槛，并未象光纤通信产业那样成指数型增长，许多亟需的应用于交通管理、警报装置的光纤传感器和大量光纤传感器测试仪器依然依赖于进口，亟待发展的空间非常广阔。

综上所述，现有各种采用光纤感测振动的光纤传感器虽然其感测振动的灵敏度较佳，但其结构仍然不够合理，感测振动的灵敏度仍然有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏光纤型振动传感器，其结构更加合理、完善，进一步提高感测振动的灵敏度。

本发明的目的是这样实现的：一种高灵敏光纤型振动传感器，包括机盒、光纤连接器和均位于机盒内的固定体、单模光纤、第一悬吊线、第二悬吊线、第一固接体、第二固接体、摆动锤和第一限位体、第二限位体；在机盒盒壁上设置着穿透其壁体的安装插孔，单模光纤其两端头分别与固装于插孔上的光纤连接器固接，单模光纤自身一部分卷弯成圆环状而相应形成光纤环，光纤环自身相应的一部分弯曲成连为一体但相交叉并相接触或靠近的两段光纤丝—第一段光纤丝和第二段光纤丝，固定体固装在机盒内并将第一段光纤丝与第二段光纤丝相对彼此交叉的部位固装在一起，保持两段光纤丝呈相交叉状态而固定住光纤环，在机盒内固装着两限位体—第一限位体和第二限位体，两限位体均设置有限位凹槽，光纤环的部分分别穿过两限位体各自设置有的限位凹槽且受自身材料形变应力、重力作用和被限位凹槽阻挡而始终被约束在两限位体各自设置的限位凹槽内，至少光纤环一部分相应受到自身材料形变应力作用而不接触机盒内表面任何壁面以至在机盒内始终悬空而形成悬空光纤段；在悬空光纤段上固装着两固接体—互不相接触的第一固接体和第二固接体，两悬吊线—第一悬吊线、第二悬吊线其各自一端分别固接第一固接体和第二固接体，两悬吊线其各自另一端共同固接摆动锤，光纤环沿铅垂线方向在水平面上投射出的环形投影围绕两悬吊线与摆动锤沿铅垂线方向在水平面上各自投射出的投影，摆动锤通过两悬吊线受光纤环自身材料应力和重力共同作用而不接触机盒内表面任何壁面而相应地被两悬吊线悬吊起来在机盒内悬空；仅当机盒受到振动时，摆动锤方才相对机盒往复摆动以通过两悬吊线驱使光纤环具有的悬空光纤段振动，光纤环穿过限位凹槽的部分相应以与限位凹槽接触的方式在限位凹槽内往复滑动，受振动的光纤环则被两限位体各自设置有的限位凹槽与固定体约束以至被自身材料应力作用而反复地弹性形变。

本发明具有的摆动锤受到振动而导致光纤环形变时，即光纤受到纵向(轴向)机械应力的作用时，光纤环的长度、芯径以及纤芯折射率都将发生变化，因此，在单模光纤内传导的光线其光波频率和波长等光学物理量也将相应发生变化，发生变化的光学物理量则经光电转换器转换和数据采集和信号处理电路处理后，再通过利用频域或时域变换技术输出波形或频谱分析，该波形或频谱分析就能反映本发明所感测出的振动信号和振动信号强度。本发明结构更加合理、完善，进一步提高感测振动的灵敏度。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明总体的立体剖视结构示意图。

具体实施方式

一种高灵敏光纤型振动传感器，如图1所示，包括机盒12、光纤连接器1和均位于机盒12内的固定体16、单模光纤2、第一悬吊线5、第二悬吊线11、第一固接体4、第二固接体14、摆动锤9和第一限位体6、第二限位体13；在机盒12盒壁上设置着穿透其壁体的安装插孔，单模光纤2其两端头分别与固装于插孔上的光纤连接器1固接，单模光纤2自身一部分卷弯成圆环状而相应形成光纤环10，光纤环10自身相应的一部分弯曲成连为一体但相交叉并相接触或靠近的两段光纤丝—第一段光纤丝17和第二段光纤丝15，固定体16固装在机盒12内并将第一段光纤丝17与第二段光纤丝15相对彼此交叉的部位固装在一起，保持两段光纤丝呈相交叉状态而固定住光纤环10，在机盒12内固装着两限位体—第一限位体6和第二限位体13，两限位体均设置有限位凹槽7，光纤环10的部分分别穿过两限位体各自设置有的限位凹槽7且受自身材料形变应力、重力作用和被限位凹槽7阻挡而始终被约束在两限位体各自设置的限位凹槽7内，至少光纤环10一部分相应受到自身材料形变应力作用而不接触机盒12内表面任何壁面以至在机盒12内始终悬空而形成悬空光纤段3；在悬空光纤段3上固装着两固接体—互不相接触的第一固接体4和第二固接体14，两悬吊线—第一悬吊线5、第二悬吊线11其各自一端分别固接第一固接体4和第二固接体14，两悬吊线其各自另一端共同固接摆动锤9，光纤环10沿铅垂线方向在水平面上投射出的环形投影围绕两悬吊线与摆动锤9沿铅垂线方向在水平面上各自投射出的投影，摆动锤9通过两悬吊线受光纤环10自身材料应力和重力共同作用而不接触机盒12内表面任何壁面而相应地被两悬吊线悬吊起来在机盒12内悬空；仅当机盒12受到振动时，摆动锤9方才相对机盒12往复摆动以通过两悬吊线驱使光纤环10具有的悬空光纤段3振动，光纤环10穿过限位凹槽7的部分相应以与限位凹槽7接触的方式在限位凹槽7内往复滑动，受振动的光纤环10则被两限位体各自设置有的限位凹槽7与固定体16约束以至被自身材料应力作用而反复地弹性形变。

如图1所示，还包括与摆动锤9互相对彼此不产生电场作用力或磁场作用力的隔挡柱8；所有隔挡柱8被固装在机盒12内围绕摆动锤9环向均布，彼此互不接触且不与静止的摆动锤9相接触，但同时又被与隔挡柱8不接触的光纤环10环绕；当摆动锤9在摆动时，任何两隔挡柱8之间的距离以摆动锤9不能经其之间的间隙通过为宜，以至摆动锤9被隔挡柱8限制在隔挡柱8所围成的区域范围内摆动；两悬吊线分别穿过隔挡柱8之间的间隙且在静止时并不与任一隔挡柱8相接触。

Claims (2)

1.一种高灵敏光纤型振动传感器，其特征在于：包括机盒(12)、光纤连接器(1)和均位于机盒(12)内的固定体(16)、单模光纤(2)、第一悬吊线(5)、第二悬吊线(11)、第一固接体(4)、第二固接体(14)、摆动锤(9)和第一限位体(6)、第二限位体(13)；在机盒(12)盒壁上设置着穿透其壁体的安装插孔，单模光纤(2)其两端头分别与固装于插孔上的光纤连接器(1)固接，单模光纤(2)自身一部分卷弯成圆环状而相应形成光纤环(10)，光纤环(10)自身相应的一部分弯曲成连为一体但相交叉并相接触或靠近的两段光纤丝—第一段光纤丝(17)和第二段光纤丝(15)，固定体(16)固装在机盒(12)内并将第一段光纤丝(17)与第二段光纤丝(15)相对彼此交叉的部位固装在一起，保持两段光纤丝呈相交叉状态而固定住光纤环(10)，在机盒(12)内固装着两限位体—第一限位体(6)和第二限位体(13)，两限位体均设置有限位凹槽(7)，光纤环(10)的部分分别穿过两限位体各自设置有的限位凹槽(7)且受自身材料形变应力、重力作用和被限位凹槽(7)阻挡而始终被约束在两限位体各自设置的限位凹槽(7)内，至少光纤环(10)一部分相应受到自身材料形变应力作用而不接触机盒(12)内表面任何壁面以至在机盒(12)内始终悬空而形成悬空光纤段(3)；在悬空光纤段(3)上固装着两固接体—互不相接触的第一固接体(4)和第二固接体(14)，两悬吊线—第一悬吊线(5)、第二悬吊线(11)其各自一端分别固接第一固接体(4)和第二固接体(14)，两悬吊线其各自另一端共同固接摆动锤(9)，光纤环(10)沿铅垂线方向在水平面上投射出的环形投影围绕两悬吊线与摆动锤(9)沿铅垂线方向在水平面上各自投射出的投影，摆动锤(9)通过两悬吊线受光纤环(10)自身材料应力和重力共同作用而不接触机盒(12)内表面任何壁面而相应地被两悬吊线悬吊起来在机盒(12)内悬空；仅当机盒(12)受到振动时，摆动锤(9)方才相对机盒(12)往复摆动以通过两悬吊线驱使光纤环(10)具有的悬空光纤段(3)振动，光纤环(10)穿过限位凹槽(7)的部分相应以与限位凹槽(7)接触的方式在限位凹槽(7)内往复滑动，受振动的光纤环(10)则被两限位体各自设置有的限位凹槽(7)与固定体(16)约束以至被自身材料应力作用而反复地弹性形变。

2.根据权利要求1所述的高灵敏光纤型振动传感器，其特征是：还包括与摆动锤(9)互相对彼此不产生电场作用力或磁场作用力的隔挡柱(8)；所有隔挡柱(8)被固装在机盒(12)内围绕摆动锤(9)环向均布，彼此互不接触且不与静止的摆动锤(9)相接触，但同时又被与隔挡柱(8)不接触的光纤环(10)环绕；当摆动锤(9)在摆动时，任何两隔挡柱(8)之间的距离以摆动锤(9)不能经其之间的间隙通过为宜，以至摆动锤(9)被隔挡柱(8)限制在隔挡柱(8)所围成的区域范围内摆动；两悬吊线分别穿过隔挡柱(8)之间的间隙且在静止时并不与任一隔挡柱(8)相接触。