CN108332841B - 一种光纤振动传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光纤振动传感器。该光纤振动传感器包括：上层锌片层、下层锌片层和中间有机硅层；所述中间有机硅层位于所述上层锌片层和所述下层锌片层之间；所述中间有机硅层内嵌入一根两端向水平方向延伸的光纤；所述光纤具有一段由两端向中间逐渐变细的光纤段；所述光纤段的一端相对另一端具有预设量的向上偏移。本发明公开的光纤振动传感器，结构简单，加工成本低。

Description

一种光纤振动传感器
技术领域
本发明涉及振动检测领域，特别是涉及一种光纤振动传感器。
背景技术
随着传感技术的不断发展，人们对于传感器的技术需求也在日益提高。要同时满足灵敏度高、成本低、制备工艺简单、稳定性好条件的振动传感器是不多见的。在传感检测过程中，灵敏度和稳定性是其主要的技术影响因素，而制备工艺和成本则是工业化生产过程中重要影响因素。同时兼具这些优点的振动传感器正在得到越来越多关注和青睐。
光纤振动传感技术是一种当光纤传感器受到外界干扰影响时，光纤中传输光的部分特性会改变，通过特殊的感测设备，将信号采集并分析，就能够检测光的特性变化，从而检测物体的振动情况。
现有的光纤振动传感器结构较为复杂，在加工时需要投入较多的辅助设备和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，加工成本较低的光纤振动传感器。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光纤振动传感器，包括：上层锌片层、下层锌片层和中间有机硅层；所述中间有机硅层位于所述上层锌片层和所述下层锌片层之间；
所述中间有机硅层内嵌入一根两端向水平方向延伸的光纤；所述光纤具有一段由两端向中间逐渐变细的光纤段；所述光纤段的一端相对另一端具有预设量的向上偏移。
可选的，所述光纤为单模光纤。
可选的，所述光纤的内层为纤芯，外层为包层；所述纤芯和所述包层的外径均随所述光纤的直径的变化而变化。
可选的，所述光纤的一端与宽带光源连接，另一端与光谱仪连接，所述上层锌片层或所述下层锌片层与振动物体接触。
可选的，所述光纤段的长度在660μm～700μm之间。
可选的，所述向上偏移的偏移量在110μm～120μm之间。
可选的，所述光纤段最细部分的直径为65μm。
可选的，所述中间有机硅层的材质为聚二甲基硅氧烷。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的光纤振动传感器，只需要保证光纤具有一段由两端向中间逐渐变细的光纤段且光纤段的一端相对另一端具有预设量的向上偏移即可实现振动检测功能，相对于现有的光纤振动传感器具有更加简单的结构，加工成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光纤振动传感器实施例的结构图；
图2为本发明光纤振动传感器实施例的光纤段的结构图；
图3为本发明光纤振动传感器实施例的利用该传感器进行检测时的装置结构图；
图4为本发明光纤振动传感器实施例的光在光纤段内传输的光线路径示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明光纤振动传感器实施例的结构图。
参见图1，该光纤振动传感器1，包括：上层锌片层101、下层锌片层102和中间有机硅层103；所述中间有机硅层103位于所述上层锌片层101和所述下层锌片层102之间；所述中间有机硅层103内嵌入一根两端向水平方向延伸的光纤104；所述光纤104具有一段由两端向中间逐渐变细的光纤段。所述中间有机硅层103封装光纤104的方式是铸造嵌入形式。
图2为本发明光纤振动传感器实施例的光纤段的结构图。
参见图2，该光纤段的一端相对另一端具有预设量的向上偏移。所述光纤的延伸方向与物体振动方向垂直，保证光的传输方向与物体的振动方向垂直。所述光纤段的长度，即拉伸长度在660μm～700μm之间。所述向上偏移的偏移量，即轴向偏移量在110μm～120μm之间。所述光纤段最细部分的直径，即腰区直径为65μm。所述中间有机硅层的材质为聚二甲基硅氧烷。所述光纤为单模光纤。所述光纤的内层为纤芯，外层为包层；所述纤芯和所述包层的外径均随所述光纤的直径的变化而变化。
图3为本发明光纤振动传感器实施例的利用该传感器进行检测时的装置结构图。
参见图3，使用本发明的光纤振动传感器1进行检测时，所述光纤104的一端与宽带光源2连接，另一端与光谱仪3连接，所述上层锌片层101或所述下层锌片层102与振动物体接触。通过检测振动物体在每次振动时引起的光谱的变化，从而确定振动物体的振动情况。
本发明的光纤振动传感器1为基于马赫增德干涉原理的S形锥形光纤传感器，技术构思为：不同的振动情况对应于不同的形变量，不同的形变量对应于不同的有效传感长度，因此只要实现对形变量的测量就能实时监测物体振动的变化。具体为：
当光通过光纤振动传感器1时由于不满足全反射，纤芯中的部分光会透射到包层中形成包层模，在结构末端包层模进入纤芯与纤芯模形成干涉输出。当外界环境发生改变时会影响改变包层模，从而改变输出端的光强。通过检测输出光强可以检测物体的振动情况。设I1、I2为纤芯模和包层模的光强，I为输出光强，Δφ为纤芯模与包层模间的相位差，则
Figure BDA0001637110510000041
其中，neff为有效折射率，Leff为有效传输长度，λ为传输光波长。
当物体发生振动时，会使光纤振动传感器发生形变，从而改变有效传输长度Leff，进而改变相位差Δφ，最终改变输出光强I。
图4为本发明光纤振动传感器实施例的光在光纤段内传输的光线路径示意图。
参见图4，当光纤段的直径减小时，不满足全反射条件，纤芯中的部分光会进入包层中传输。当光在光纤段中传输时，光两次进出包层，第一次在光纤段由粗变细部分中，一部分光从纤芯到包层形成包层模，另一部分光留在纤芯中形成纤芯模；第二次在光纤段由细变粗部分中，包层模中的光又透射回到纤芯中与纤芯模中的光形成干涉，在末端输出光强。物体振动作用在光纤段上会改变光纤段的轴向偏移量从而改变进入包层的光强，输出的相干光会改变，从而反应一定的特性。
光纤振动传感器的主要参数结构为拉伸长度和轴向偏移量。拉伸长度决定着锥区的角度的大小，即光纤段由粗变细和由细变粗部分的角度的大小，进而决定着马赫曾德干涉的强弱；轴向偏移量决定着光纤段由细变粗部分的包层模进入芯模时的光强大小，从而决定着马赫曾德干涉的强弱。综合上述拉伸长度和轴向偏移量的大小是实现本发明的技术效果的关键。
本发明的光纤振动传感器，只需要保证光纤具有一段由两端向中间逐渐变细的光纤段且光纤段的一端相对另一端具有预设量的向上偏移即可实现振动检测功能，相对于现有的光纤振动传感器具有更加简单的结构，加工成本较低。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种光纤振动传感器，其特征在于，包括：上层锌片层、下层锌片层和中间有机硅层；所述中间有机硅层位于所述上层锌片层和所述下层锌片层之间；
所述中间有机硅层内嵌入一根两端向水平方向延伸的光纤；所述光纤具有一段由两端向中间逐渐变细的光纤段；所述光纤段的一端相对另一端具有预设量的向上偏移；
所述光纤段的长度在660μm～700μm之间；所述向上偏移的偏移量在110μm～120μm之间。
2.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感器，其特征在于，所述光纤为单模光纤。
3.根据权利要求2所述的一种光纤振动传感器，其特征在于，所述光纤的内层为纤芯，外层为包层；所述纤芯和所述包层的外径均随所述光纤的直径的变化而变化。
4.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感器，其特征在于，所述光纤的一端与宽带光源连接，另一端与光谱仪连接，所述上层锌片层或所述下层锌片层与振动物体接触。
5.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感器，其特征在于，所述光纤段最细部分的直径为65μm。
6.根据权利要求1所述的一种光纤振动传感器，其特征在于，所述中间有机硅层的材质为聚二甲基硅氧烷。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5074309A (en) * 1989-12-04 1991-12-24 Sperry Marine Inc. Device for monitoring cardiovascular signals and fiber optic coupler phonocardio sensor therefor
US6463187B1 (en) * 1998-08-24 2002-10-08 Empirical Technologies Corporation Variable coupler fiberoptic sensor and sensing apparatus using the sensor
JP2006064680A (ja) * 2004-08-24 2006-03-09 Photonic Science Technology Inc 光ファイバ振動センサ
CN100458448C (zh) * 2007-05-15 2009-02-04 浙江大学 基于可变直径微光纤环的光学微机械加速度传感器及其方法
CN202075306U (zh) * 2010-11-19 2011-12-14 中国计量学院 一种基于拉锥结构的光纤光栅加速度传感器
US20140352442A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-04 Macau University Of Science And Technology Vibration Detection System Based on Biconical Tapered Fiber and the Method thereof
CN103728009B (zh) * 2014-01-22 2016-01-13 重庆邮电大学 一种检测振动的光纤传感器
CN106124030A (zh) * 2016-06-27 2016-11-16 北京航天控制仪器研究所 一种基于up‑taper结构的模式干涉型光纤振动传感器
CN106526227B (zh) * 2016-09-30 2019-01-29 南京大学 基于微光纤耦合器的微流速传感器及其测量方法

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