CN110388949A - 一种光纤传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光纤传感器，包括：一端用于与光源耦合、另一端用于与光接收器耦合的光纤，光纤位于两端中间的部分形成有传感区，传感区内的光纤交叉缠绕。本发明所公开的光纤传感器，检测区的光纤相互交叉形成多个交叉点，检测区受到压力时交叉点处的光纤会发生局部弹性形变，利用光纤微弯损耗的原理，通过检测光接收器接收到的光强变化即可实现对外部压力的检测，该传感器结构简单，检测区域面积大；通过改变交叉点的位置、密度和/或交叉点所处的两段光纤之间的夹角，可以灵活控制传感器的灵敏度。

Description

一种光纤传感器
技术领域
本申请涉及传感器领域，尤其涉及一种光纤传感器。
背景技术
光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。
利用光纤的微弯损耗原理可以实现对细微振动的检测。已公开的基于光纤损耗进行振动测试的传感器在结构设计上都会有一层变形结构，通过这层变形结构将这种振动转换为光纤的弯曲。其结构复杂，传感点位置和密度不能灵活设计。
发明内容
本发明提供一种光纤传感器，旨在解决现有光纤传感器结构复杂，传感点位置和密度不能灵活设计的问题。
本申请一实施例中公开了一种光纤传感器，包括：一端用于与光源耦合、另一端用于与光接收器耦合的光纤，所述光纤位于两端中间的部分形成有传感区，所述传感区内的光纤交叉缠绕。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，所述光纤包括传感段及引出段，所述传感段迂回交叉形成单元线圈，所述单元线圈内形成有第一交叉点，所述传感段沿一特定方向重复缠绕形成多个单元线圈，多个所述单元线圈沿所述特定方向延伸。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，相邻的两个所述单元线圈部分重叠，并于重叠处形成第二交叉点。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，所述单元线圈呈“8”字形。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，所述单元线圈还可以呈水滴形、圆形或椭圆形。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，所述引出段由所述传感区一端向另一端横贯所述传感区并延伸至所述传感区的另一端，所述引出段与所述传感段相接触以形成第三交叉点。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，还包括覆盖在所述传感区表面的缓冲垫。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，所述缓冲垫外表面还设有匀力板。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，所述光纤一端设有用于与光源耦合的第一接头，另一端设有用于与光接收器耦合的第二接头。
本申请一实施例中所述的光纤传感器，其中，还包括光源、光接收器，所述光纤一端与所述光源耦合，另一端与所述光接收器耦合。
本发明所公开的光纤传感器，检测区的光纤相互交叉形成多个交叉点，检测区受到压力时交叉点处的光纤会发生局部弹性形变，利用光纤微弯损耗的原理，通过检测光接收器接收到的光强变化即可实现对外部压力的检测，该传感器结构简单，检测区域面积大；通过改变交叉点的位置、密度和/或交叉点所处的两段光纤之间的夹角，可以灵活控制传感器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明一实施例中，光纤传感器的结构示意；
图2为本发明另一实施例中，单元线圈的结构示意；
图3为本发明另一实施例中，光纤传感器的结构示意；
图4为本发明实施例中，交叉点所在两段光纤夹角呈直角的结构示意；
图5为本发明一实施例中，交叉点所在两段光纤夹角呈锐角的结构示意；
图6为本发明另一实施例中，光纤传感器的结构示意；
图7为本发明另一实施例中，光纤传感器的结构示意；
图8为本发明另一实施例中，生命体征检测装置的结构示意。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
本实施例所提供的光纤传感器，如图1所示，包括光纤1，光纤1的两端分别设有第一接头和第二接头，第一接头用于与光源耦合，第二接头用于与光接收器耦合。其中，第一接头及第二接头可以是FC接头、SC接头、LC接头或SMA接头。光纤1中间部分形成有传感区10，光纤1包括传感段11及引出段12，传感段11交叉缠绕。
如图2所示，传感段11迂回交叉形成单元线圈，每个单元线圈内都形成第一交叉点13，传感段11重复缠绕形成多个单元线圈，多个单元线圈沿着传感区10的延伸方向排布。如图1所示，本申请另一实施例中，相邻的两个单元线圈部分重叠，并且在重叠处相互交叉的光纤1形成有第二交叉点14。通过调整单元线圈之间的间距，可以调整第二交叉点14的数量，从而灵活控制传感器的灵敏度。
如图2所示，本实施例中的单元线圈形状为“8”字形，其上端及下端各存在一个弯曲而成的环形，每个单元线圈中存在两个第一交叉点13。当然，单元线圈还可以呈水滴形、圆形或椭圆形。
在本申请另一实施例中，为了进一步增加传感器的灵敏度，如图3所示，引出段12由传感区10的一端向另一端横贯传感区10，并由传感区10的另一端引出。引出段12掠过传感区10时，与传感段11相接触以形成第三交叉点15。
本申请上述实施例所公开的光纤传感器，当传感区10表面受到外界振动时，各交叉点(第一交叉点13、第二交叉点14及第三交叉点15)处的传感段11发生微弯损耗，此时光接收器所检测到的光信号强度就会发生变化。通过检测光信号强度的变化，就可以提取出对应振动的相关参数。
相交叉的两段光纤1间的夹角影响光纤1的受力角度，如图4所示，当该夹角为90度时，交叉处承受的应力较为集中，因此，传感器的灵敏度最高。反之，如图5所示，该夹角越小应力越分散，传感器的灵敏度也就越低。根据不同应用环境，可以灵活的控制该夹角的大小，从而调节适合的灵敏度。
本申请另一实施例中，光纤传感器还包括光源及光接收器，光纤1两端不设置接头，而是一端直接与光源耦合，另一端直接与光接收器耦合。
当传感区10的局部位置受到较大压力时，光纤1容易被折断，为解决该问题，如图6所示，在传感区10的两侧可以设置缓冲垫2，当光纤1局部受到较大压力时，缓冲垫2能够起到缓冲的效果，避免光纤1受到损害。缓冲垫2的材质为硅胶材质，厚度为0.5mm～1mm。
在本申请另一实施例中，如图7所示，一侧缓冲垫2的外表面还可以设置均力板3，均力板3为具有具有一定韧性的塑料板，均力板3可以将局部振动所施加的压力分散到整个传感区10，使得各交叉点受力更均匀，进一步避免光纤1因局部弯曲过大而折断。还可以如图8所示，在两侧缓冲垫2的表面均设置均力板3。
本申请以上实施例中所公开的光纤传感器可以用于多种场景，例如应用于人体生命体征检测，人的呼吸和心跳会在体表产生细微的振动，当传感器受到人体体表振动作用在各交叉点产生细微弯曲形变时，交叉点的光损耗率会形变而发生变化。通过检测和分析光强度变化可以获得振动信号进而可以提取出人的呼吸和心跳。
本实施例中还包括用于控制光源的光源驱动模块、用来将光接收器接收到的光信号进行放大及解调的信号放大模块及解调处理模块，以及用来对信号进行处理并生成表征人体生命体征信息的数据处理模块。具体地，光接收器获取的原始数据中包含有呼吸和心率两种信号及噪声信号，呼吸信号及心率信号的频率处于一个特定的范围内，因此，通过高带通和低带通滤波器，可以将噪声信号进行滤除，根据呼吸和心率信号的频率差异，再次使用带通滤波器，可以将呼吸信号及心率信号进行分离得到呼吸信号和心率信号。上述功能模块及对信号的处理方法为本领域普通技术人员所熟知的现有技术，在此不做赘述。本实施例所公开的光纤传感器由于检测区10主要通过人体表的振动来实现对生命体征的检测，只要能够检测到人体表的振动即可正常工作，因而无需紧贴皮肤表面，可以隔着衣物进行检测；同时，由于环境光对光纤回路不会造成任何影响，因而该设备使用不受环境光影响；同时，该传感器不受肤色限制，适应所有人群使用。
本申请实施例中的光源可以是激光发生器、LED光源或卤素灯的一种，如果使用激光或LED光源时，光的中心波长可以是650nm、660nm、780nm、808nm、830nm、850nm、905nm、940nm、980nm、1064nm、1310nm、或1550nm。
光纤1既可以为单模光纤也可以为多模光纤，其中，单模光纤的规格为芯径/包层8-10μm/125μm，多模光纤的规格为芯径/包层50-105μm/125-250μm，典型芯径有50μm、62.5μm、100μm、105μm。
本发明所公开的光纤传感器，检测区的光纤相互交叉形成多个交叉点，检测区受到压力时交叉点处的光纤会发生局部弹性形变，利用光纤微弯损耗的原理，通过检测光接收器接收到的光强变化即可实现对外部振动的检测，该传感器结构简单，无需单独设置变形结构，且检测区域面积大；通过改变交叉点的位置、密度和/或交叉点所处的两段光纤之间的夹角，可以灵活控制传感器的灵敏度。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种光纤传感器，其特征在于，包括：一端用于与光源耦合、另一端用于与光接收器耦合的光纤，所述光纤位于两端中间的部分形成有传感区，所述传感区内的光纤交叉缠绕。
2.如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述光纤包括传感段及引出段，所述传感段迂回交叉形成单元线圈，所述单元线圈内形成有第一交叉点，所述传感段沿一特定方向重复缠绕形成多个单元线圈，多个所述单元线圈沿所述特定方向延伸。
3.如权利要求2所述的光纤传感器，其特征在于，相邻的两个所述单元线圈部分重叠，并于重叠处形成第二交叉点。
4.如权利要求2所述的光纤传感器，其特征在于，所述单元线圈呈“8”字形。
5.如权利要求2所述的光纤传感器，其特征在于，所述单元线圈还可以呈水滴形、圆形或椭圆形。
6.如权利要求3所述的光纤传感器，其特征在于，所述引出段由所述传感区一端向另一端横贯所述传感区并延伸至所述传感区的另一端，所述引出段与所述传感段相接触以形成第三交叉点。
7.如权利要求1-6任一所述的光纤传感器，其特征在于，还包括覆盖在所述传感区表面的缓冲垫。
8.如权利要求7所述的光纤传感器，其特征在于，所述缓冲垫外表面还设有均力板。
9.如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，所述光纤一端设有用于与光源耦合的第一接头，另一端设有用于与光接收器耦合的第二接头。
10.如权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于，还包括光源、光接收器，所述光纤一端与所述光源耦合，另一端与所述光接收器耦合。
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