CN201449289U - 一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器 - Google Patents
一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，技术特征在于光纤光栅F-P腔粘贴在悬臂梁中部位置之上；悬臂梁一端固定在支架上，另一端连接质量块。所述光纤光栅F-P腔1采用聚合物将其两光纤光栅之间部分粘贴在悬臂梁2上，而两端的光纤光栅呈自由状态。本振动传感器，由于采用了光纤光栅F-P腔，而光信号在F-P腔中共振而形成干涉峰，会使得探测的精度大大提高。能够同时实现对微弱振动信号频率与振幅的测量，提高了测量精度，增加了对振动频率的探测范围，而且通过调整光纤光栅F-P腔的参数和F-P腔的粘贴位置，可以改变该振动传感器的灵敏度和量程。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，用于测量物体微弱振动的频率和幅度，属于光纤传感技术领域。
背景技术
微弱振动的测量在微机电系统、土木建筑、公路桥梁、电力设备、起搏器控制、地震波、精密隔振平台检测等领域均有广泛应用。例如，通过对设备工作时产生的微弱振动的实时监测，判断其工作状态是否异常，及时排除故障，避免事故的发生。
传统振动传感器，一般采用电学量进行传感，这类传感器在室外环境中工作可靠性差，容易受到电磁干扰，且信号不能进行远距离传输。光纤振动传感器相比于传统的振动传感器，具有良好的电磁绝缘性，结构小巧，质量轻，同时具有良好的耐久性与抗化学侵蚀能力，因而受到普遍关注。
光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔是在氢载光纤中用紫外光曝光，在纤芯中相隔一定距离的两处写入两个参数相同的空间相位光栅(又称布拉格光栅)。这样，当满足光栅反射条件的某个特定波长(被称为布拉格波长)的光信号入射时，会被耦合成反射与透射光波，从而使得光波在两栅之间形成振荡。利用光纤光栅F-P腔进行物理量感知的基本原理是：温度、应变等物理量的变化会引起两光栅之间所构成的F-P腔的腔长变化，从而引起F-P腔输出光信号干涉峰的移动。当用窄带光源进行照明时，通过检测反射光光强的变化，就可以获得相应的温度与应变的信息。
光纤振动传感器中，以光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器的形式居多，该类型的振动传感器，因结构简单、成本低廉、制作方便等优点受到欢迎。但单FBG振动传感器的最大缺点就是测量精度有限，对于微弱振动信号的探测能力不足。同时，多数的FBG振动传感器都是对波长进行解调，而对于大多数的波长解调仪，其最高响应频率仅为几赫兹，无法对较高频率的振动信息进行测量，且波长解调设备的价格普遍比较昂贵，因而限制了其发展。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，可通过光纤光栅F-P腔反射回的光信号振幅和频率与被测微弱振动信号的频率与幅度的对应关系，达到对振动信号感知与测量的目的。
技术方案
本实用新型的技术思想是：利用粘贴在悬臂梁结构上的光纤光栅F-P腔，通过探测由于振动引起的光纤光栅F-P腔反射光强的周期性变化信息，来感测物体的微弱振动信息。
本实用新型的特征在于包括光纤光栅F-P腔1、悬臂梁2、质量块3和支架4；光纤光栅F-P腔1粘贴在悬臂梁2上；悬臂梁2一端固定在支架4上，另一端连接质量块3；所述悬臂梁2为等强度悬臂梁.
所述光纤光栅F-P腔1采用聚合物将其两光纤光栅之间部分粘贴在悬臂梁2上，而两端的光纤光栅呈自由状态。
有益效果
本实用新型的强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，由于采用了光纤光栅F-P腔，而光信号在F-P腔中共振而形成干涉峰，会使得探测的精度大大提高。能够同时实现对微弱振动信号频率与振幅的测量，提高了测量精度，增加了对振动频率的探测范围，而且通过调整光纤光栅F-P腔的参数和F-P腔的粘贴位置，可以改变该振动传感器的灵敏度和量程。同时该传感器采用光信号强度解调，精度高，响应快，成本低廉，且结构简单，安装方便、电磁绝缘性好等。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种强度解调型光纤光栅F-P腔振动传感器结构的侧视图。
图2为本实用新型提出的一种强度解调型光纤光栅F-P腔振动传感器结构的俯视图。
其中：1-光纤光栅F-P腔、2-悬臂梁、3-质量块、4-支架、a、b-F-P腔粘贴处
具体实施方式
现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述：
参阅附图1和附图2，将光纤光栅F-P腔1的两端粘贴在等强度悬臂梁2上，悬臂梁2的一端固定于支架4上，另一端固定一质量块3。其中光纤光栅F-P腔的反射率小于5％。悬臂梁采用长度为60mm，与支架固定的一端宽度为25mm，厚度为2mm的等腰三角形弹性钢板。质量块采用尺寸为5×5×5mm的铝块。
当传感器置于振动环境中时，质量块3在惯性力作用下产生了相对于支架4的运动，即在与悬臂梁2相固定的一端产生了作用力矩，悬臂梁2在上述力矩作用下产生挠曲，进而在其表面产生相应的应变，使粘贴在其表面的光纤光栅F-P腔1产生同步的拉伸或压缩，造成了光纤光栅F-P腔1反射光信号干涉峰的移动，反应了环境振动情况的振动信号。
测量时，将固定悬臂梁的传感器支架放置在被测物体上，当被测物体发生微小振动时，悬臂梁随被测物体作受迫振动，而悬臂梁连接质量块的一端，因受惯性力的作用，引起悬臂梁表面发生周期性的伸缩应变，使得粘贴于悬臂梁表面的光纤光栅F-P腔的腔长发生周期性变化，从而引起F-P腔反射光信号干涉峰发生相应的移动。这样，当采用窄带光源时，经光纤光栅F-P腔反射的光信号的强度会发生周期性变化，利用光电探测装置与解调系统测量光信号强度变化的频率与幅度，即可确定出被测物体振动的频率与幅度，且探测到的光信号强度幅值与待测物体振动幅度成线性关系，而光信号频率与物体振动频率严格相等。
Claims (2)
1.一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，其特征在于包括光纤光栅F-P腔(1)、悬臂梁(2)、质量块(3)和支架(4)；光纤光栅F-P腔(1)粘贴在悬臂梁(2)的中部之上；悬臂梁(2)一端固定在支架(4)上，另一端连接质量块(3)；所述悬臂梁(2)为等强度悬臂梁。
2.根据权利要求1所述的强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，其特征在于所述光纤光栅F-P腔(1)采用聚合物将其两光纤光栅之间部分粘贴在悬臂梁(2)上，而两端的光纤光栅呈自由状态。
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