CN109612505A - 一种带宽和精度可调节的光纤传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种带宽和精度可调节的光纤传感器，包括：单模光纤、基座、悬臂梁、钢板及移动压阀，其中单模光纤的一端设于所述基座和所述悬臂梁之间；钢板的中间设有U形槽，悬臂梁的一端卡设于所述U形槽中，悬臂梁的另一端与所述基座之间设有空隙；U形槽上沿所述悬臂梁方向均匀设有5组档位孔；本申请中将单模光纤挤压于悬臂梁和基座之间，当移动压阀在5组档位孔之间移动时位置发生变化，相当于悬臂梁的支撑点发生变化，此时单模光纤受到的悬臂梁的横向压力作用也随之发生变化，这样单模光纤的带宽和精度即可随之调节，因此本申请提供的光纤传感器利用移动压阀改变悬臂梁的长短从而达到调节光纤传感器的带宽和精度的目的。
Description
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种带宽和精度可调节的光纤传感器。
背景技术
光纤传感器是利用光导纤维的传光特性把被测量转换为光特性的传感器；光纤传感器可分为强度调制型、相位调制型、波长调制型和偏振调制型；其中强度调制型传感器制作工艺成熟简单，安装便捷得到广泛的应用，在强度调制型传感器中最为常见的是光纤悬臂梁结构的振动传感器。
现有光纤传感器带宽低、精度不够等缺陷限制了光纤传感器的应用，且带宽和精度不能随实际需要灵活调节；悬臂梁结构的光纤传感器其带宽应小于悬臂梁的一阶固有频率，若需要将带宽提高，需提高悬臂梁的一阶固有频率，而若想使悬臂梁的一阶固有频率提高，必须减小悬臂梁的尺寸。
但是，悬臂梁尺寸减小后，振动引起的悬臂梁表面应变变化减小，导致传感器灵敏度降低，同时太小的悬臂梁尺寸还会使光纤传感器无法完全粘贴在悬臂梁表面。
发明内容
本申请提供了一种带宽和精度可调节的光纤传感器，以使传感器的带宽和精度随实际需要灵活调节，扩展光纤传感器的应用范围。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请提供了一种带宽和精度可调节的光纤传感器，包括：单模光纤、基座、悬臂梁、钢板及移动压阀，其中：
所述单模光纤的一端设于所述基座和所述悬臂梁之间；
所述钢板的中间设有U形槽，所述U形槽的深度设为2mm，长度设为23mm；
所述悬臂梁的一端卡设于所述U形槽中，所述悬臂梁的另一端与所述基座之间设有空隙；
所述U形槽上沿所述悬臂梁方向均匀设有5组档位孔，所述档位孔设为U形，所述档位孔的长度设为1.5mm，宽度设为1.5mm，深度设为2mm；
所述移动压阀包括横梁和分设于所述横梁两端的卡爪，所述卡爪卡设于所述档位孔内；
所述移动压阀用于改变所述悬臂梁的支撑点。
优选地，所述基座与所述钢板焊接连接；
所述基座设为钢质基座，所述基座的尺寸为80mm*50mm*2mm；
所述钢板的尺寸为50mm*25mm*2mm。
优选地，所述单模光纤的另一端与解调系统相连接；
所述单模光纤胶粘固定于所述基座上。
优选地，所述移动压阀设为独立式。
优选地，所述基座及所述钢板的角端均设有安装孔，所述安装孔的直径设为2.5mm，所述安装孔的孔深设为2mm；
所述安装孔设为贯通式；
所述安装孔用于连接所述光纤传感器和测试对象。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种带宽和精度可调节的光纤传感器，包括：单模光纤、基座、悬臂梁、钢板及移动压阀，其中：所述单模光纤的一端设于所述基座和所述悬臂梁之间；所述钢板的中间设有U形槽，所述U形槽的深度设为2mm，长度设为23mm；所述悬臂梁的一端卡设于所述U形槽中，所述悬臂梁的另一端与所述基座之间设有空隙；所述U形槽上沿所述悬臂梁方向均匀设有5组档位孔，所述档位孔设为U形，所述档位孔的长度设为1.5mm，宽度设为1.5mm，深度设为2mm；所述移动压阀包括横梁和分设于所述横梁两端的卡爪，所述卡爪卡设于所述档位孔内；所述移动压阀用于改变所述悬臂梁的支撑点。本申请中将单模光纤挤压于悬臂梁和基座之间，当移动压阀在5组档位孔之间移动时，移动压阀的位置发生变化，相当于悬臂梁的支撑点发生变化，这样悬臂梁表现出来的机械特性也会发生变化，此时单模光纤受到的悬臂梁的横向压力作用也随之发生变化，单模光纤中传输的光的模式会发生变化，这样单模光纤的带宽和精度即可随之调节，因此本申请提供的光纤传感器利用移动压阀改变悬臂梁的长短从而达到调节光纤传感器的带宽和精度的目的。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种带宽和精度可调节的光纤传感器；
附图标记说明：1-单模光纤，2-基座，3-悬臂梁，4-钢板，5-移动压阀，6-U形槽，7-档位孔，8-安装孔。
图2为本发明实施例中移动压阀位置与光纤传感器的带宽之间的关系示意图；
图3为本发明实施例中移动压阀位置与光纤传感器的精度之间的关系示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
本申请提供的一种带宽和精度可调节的光纤传感器，包括：单模光纤1、基座2、悬臂梁3、钢板4及移动压阀5，具体地参考图1，图1为本申请提供的一种带宽和精度可调节的光纤传感器，光纤传感器的带宽指的是光纤传感器相应的幅频特性，即产品能够采样的范围，其中：
所述单模光纤1的一端设于所述基座2和所述悬臂梁3之间；单模光纤1指的是在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，是目前光通信中应用最广泛的光纤。本申请中将单模光纤1挤压设于基座2和悬臂梁3之间，这样单模光纤1会受到悬臂梁3的横向压力而发生变形；且基于悬臂梁结构的振动传感器其主要原理是P0＝PI[Ttrans]2R，P0为输出光功率，PI为输入光功率，Ttrans为光纤变形部分的透射率，R为光纤端面的反射率。当振动加速度作用到基座2上后，悬臂梁3会上下移动，从而导致下面挤压的光纤周期性的被压缩和恢复从而改变Ttrans，因此当悬臂梁3振动时，单模光纤1变形部分的透射率会发生变化。
所述钢板4的中间设有U形槽6，所述U形槽6的深度设为2mm，长度设为23mm；所述悬臂梁3的一端卡设于所述U形槽6中，所述悬臂梁3的另一端与所述基座2之间设有空隙；所述U形槽6上沿所述悬臂梁3方向均匀设有5组档位孔7，所述档位孔7设为U形，所述档位孔7的长度设为1.5mm，宽度设为1.5mm，深度设为2mm；5组档位孔7成对设置构成5个不同的档位，且档位孔7穿设于U形槽6的整个厚度。
所述移动压阀5包括横梁和分设于所述横梁两端的卡爪，所述卡爪卡设于所述档位孔7内；所述移动压阀5用于改变所述悬臂梁3的支撑点；当需要调节光纤传感器的带宽或精度时技术人员手动在5组档位孔7中改变移动压阀5的位置，直至达到所需要的光纤传感器的带宽或精度值。这是由于当移动压阀5在5组档位孔7之间移动时，移动压阀5的位置发生变化，相当于悬臂梁3的支撑点发生变化，这样悬臂梁3表现出来的机械特性也会发生变化，单模光纤1的共振平率和阻尼特性随之发生变化。
单模光纤1会受到悬臂梁3的横向压力而发生变形；当悬臂梁3振动时，单模光纤1变形部分的透射率会发生变化；悬臂梁3表现出来的机械特性也会发生变化，单模光纤1的共振平率和阻尼特性随之发生变化；综合以上三个因素，本申请可以实现光纤传感器的带宽和精度的可调节。
具体地，所述基座2与所述钢板4焊接连接；所述基座2设为钢质基座，所述基座2的尺寸为80mm*50mm*2mm；所述钢板4的尺寸为50mm*25mm*2mm。本申请中的基座2和钢板4的厚度均较小，这样有利于传播悬臂梁3振动时产生的振动波，不会引起振动波的损耗。
进一步地，所述单模光纤1的另一端与解调系统相连接，在本申请中解调系统可以包括：激光器发射激光的波长，耦合器，模拟待测信号和环境干扰及光电探测器；其中激光器发射的两束波长不同的光经过环形器、耦合器后反射，经过一系列运算，可以将待测信号解调出来。
为了固定单模光纤1，本申请中将所述单模光纤1胶粘固定于所述基座2上；当然在实际应用中可以采用更加优化的方式固定单模光纤1。
进一步地，所述移动压阀5设为独立式；如果将移动压阀5依附设置于本申请提供的结构中，当移动压阀5的位置确定后，若移动压阀5仍依附于本申请提供的结构中，移动压阀5会对悬臂梁3振动时产生的振动波的传播产生干扰，因此本申请中为了避免对系统的干扰，因此本申请将移动压阀5设为独立式，独立于本申请提供的光纤传感器结构。
为了将本申请提供的光纤传感器与测试对象更好的连接，所述基座2及所述钢板4的角端均设有安装孔8，所述安装孔8的直径设为2.5mm，所述安装孔8的孔深设为2mm；所述安装孔8设为贯通式；所述安装孔8用于连接所述光纤传感器和测试对象。本申请中安装孔8的孔深较小，这样同样有利于传播悬臂梁3振动时产生的振动波，不会引起振动波的损耗。
本发明实施例中还进行了关于移动压阀5的位置对光纤传感器的带宽和精度的具体影响的测试，移动压阀5的位置与带宽、精度之间的关系分别参考图2和图3，图2为本发明实施例中移动压阀位置与光纤传感器的带宽之间的关系示意图；图3为本发明实施例中移动压阀位置与光纤传感器的精度之间的关系示意图。
图2和图3中横坐标中的1档位、2档位、3档位、4档位及5档位分别对应图1中第一组档位孔、第二组档位孔、第三组档位孔、第四组档位孔及第五组档位孔，其中第一组档位孔、第二组档位孔、第三组档位孔、第四组档位孔及第五组档位孔依次沿U形槽6按照图1中从左至右设置。
从图2中可以看出，当移动压阀5沿1档位、2档位、3档位、4档位及5档位改变位置时，光纤传感器的精度在下降，从图3中可以看出，当移动压阀5沿1档位、2档位、3档位、4档位及5档位改变位置时，光纤传感器的带宽在上升，也就是光纤传感器能够采样的范围在增加。
图2和图3也验证了当本申请中移动压阀5的位置发生变化时，光纤传感器的带宽和精度随之发生变化。
综上，本申请中将单模光纤1挤压于悬臂梁3和基座2之间，当移动压阀5在5组档位孔之间移动时，移动压阀5的位置发生变化，相当于悬臂梁3的支撑点发生变化，这样悬臂梁3表现出来的机械特性也会发生变化，此时单模光纤1受到的悬臂梁的横向压力作用也随之发生变化，单模光纤1中传输的光的模式会发生变化，这样单模光纤1的带宽和精度即可随之调节，因此本申请提供的光纤传感器利用移动压阀5改变悬臂梁3的长短从而达到调节光纤传感器的带宽和精度的目的。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (5)
1.一种带宽和精度可调节的光纤传感器，其特征在于，包括：单模光纤(1)、基座(2)、悬臂梁(3)、钢板(4)及移动压阀(5)，其中：
所述单模光纤(1)的一端设于所述基座(2)和所述悬臂梁(3)之间；
所述钢板(4)的中间设有U形槽(6)，所述U形槽(6)的深度设为2mm，长度设为23mm；
所述悬臂梁(3)的一端卡设于所述U形槽(6)中，所述悬臂梁(3)的另一端与所述基座(2)之间设有空隙；
所述U形槽(6)上沿所述悬臂梁(3)方向均匀设有5组档位孔(7)，所述档位孔(7)设为U形，所述档位孔(7)的长度设为1.5mm，宽度设为1.5mm，深度设为2mm；
所述移动压阀(5)包括横梁和分设于所述横梁两端的卡爪，所述卡爪卡设于所述档位孔(7)内；
所述移动压阀(5)用于改变所述悬臂梁(3)的支撑点。
2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述基座(2)与所述钢板(4)焊接连接；
所述基座(2)设为钢质基座，所述基座(2)的尺寸为80mm*50mm*2mm；
所述钢板(4)的尺寸为50mm*25mm*2mm。
3.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述单模光纤(1)的另一端与解调系统相连接；
所述单模光纤(1)胶粘固定于所述基座(2)上。
4.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述移动压阀(5)设为独立式。
5.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述基座(2)及所述钢板(4)的角端均设有安装孔(8)，所述安装孔(8)的直径设为2.5mm，所述安装孔(8)的孔深设为2mm；
所述安装孔(8)设为贯通式；
所述安装孔(8)用于连接所述光纤传感器和测试对象。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190412 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |