CN201926497U - 一种单体式光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤传感领域的一种应用于探测海洋噪声的干涉型、单体式光纤传感器。所要解决的技术问题是提供一种单体式光纤传感器，利用光纤传感器技术替代压电陶瓷传感器，在我国领海海域更加灵敏地探测海洋噪声或移动体的行踪。其特征在于：所述单体式光纤传感器由基体(4)、敏感座(3)、弹性体(2)、连接套(7)、基体盖(8)、端盖(1)、塞盖(5)以及橡胶套(6)依次胶结封装而成。本实用新型结构合理，制作而成的传感器单元，其声压灵敏度、加速度相移灵敏度、耐温、耐压、耐腐以及形体尺寸等技术指标均能符合设计要求。

Description

一种单体式光纤传感器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感领域的一种应用于探测海洋噪声的干涉型、单体式光纤传感器。

技术背景

光纤传感技术是伴随光导纤维和光纤通信技术的发展而形成的一门崭新技术。光纤传感器的传感灵敏度要比传统的压电传感器高许多倍，而且它可以在高电压、大噪声、高温、强腐蚀性等很多特殊环境下正常工作，还能够与光纤遥感、遥测技术配合，形成光纤遥感系统和光纤遥测系统，所以光纤传感技术能广泛应用于航天航海、核工业、桥梁隧道、建筑、石油开采、电力传输、医疗、科研等众多领域。

干涉型光纤传感器可以非常灵敏地侦察舰船行踪、监视水下移动体。其工作原理为，通过水下的声波对光纤的应力作用改变光纤纤芯的折射率或长度，从而引起在光纤中传播光束的光程改变，导致相位发生变化。采用干涉测量技术可检测出相位变化，并得到有关水声的信息。和压电陶瓷或压电晶体型的传统传感器相比，光纤传感器具有很大的优越性。它利用光的相位干涉作为探测手段，探测灵敏度极高，响应频带也较宽；它以光纤作为信息传感与传输媒介；而以光为载体的信息，既不会被电磁干扰，也无发生泄漏的危险。

光纤传感器的研究虽然取得了长足的进步，但距实现工程化、装备化还 有一定的差距。由于水下声场的复杂性，单元传感器很难获得目标的全部详细信息，因此光纤传感器主要是以阵列的形式应用，是否能以低成本实现分布式阵列，是光纤传感器最终能否得以应用的关键所在。各国对光纤传感器技术的研究重点集中到如何充分利用光纤传输损耗低、传输带宽大的特点，并结合集成光电子器件的最新进展，实现对光源、光纤以及光电探测器的多路复用。用较少的组件形成分布式光纤传感器阵列，这样既可降低系统的成本，又可降低维护上的复杂程度。而且通过对阵列信号的处理，可以极大地提高整个多路复用系统的探测性能，获取更多有关水下目标的信息。为了满足对光纤传感器阵列复用技术的研发要求，急需研制能满足阵列设计要求的干涉型光纤传感器。

实践中，干涉型光纤传感器可根据使用场合的不同而采用多种不同的结构形式。单体式光纤传感器便是一种具有单个传感体的干涉型光纤传感器，其可代替压电陶瓷传感器用于拖曳阵列、探测水下目标、海洋噪声等场合。此外，这种单体式光纤传感器还可在地震波探测、石油、天然气勘探等民用场合，具有广阔的应用前景。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种单体式光纤传感器，利用光纤传感器技术替代压电陶瓷传感器，在我国领海海域更加灵敏地探测海洋噪声或移动体的行踪。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：

一种单体式光纤传感器，其特征在于：该光纤传感器主要由容纳各种光器件的基体4以及在外部绕制有定长光纤的敏感座3和弹性体2组成；所述

光纤传感器容纳光器件的内腔空隙用胶粘剂进行充填密封；

所述基体4的前侧面上设有一个能容纳各种光器件的沉孔46，并可由基体盖8对其封闭；所述基体4的左侧面上设有一个用于固定敏感座3的带环行槽43的直孔42和两个光纤引入孔41；所述基体4的右侧面上有一个通孔47以及一个带环行槽的直孔48，所述通孔47用于补灌胶液，通孔47上设有封闭用塞盖5，所述直孔48内胶合一个用于引出光纤传感器尾缆的连接套7；

所述敏感座3由大圆柱体34和小圆柱体38叠加而成；在所述小圆柱体38的中部设有一个环行槽37；所述小圆柱体38与基体4上带环行槽43的直孔42相配胶结；在大圆柱体34两端分别设有第一环行体33和第二环行体36，在第二环行体36上开有两个与基体4上的两个光纤引入孔41的位置相对齐的两个缺口35；所述敏感座3上设有阶梯内通孔31和32，并可由设在大圆柱体34端口上的端盖1对内通孔进行密封；

所述弹性体2是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体，其内孔21与大圆柱体34上的第一环行体33和第二环行体36的外直径相配并通过胶结方式固定。

所述连接套7由带锥端的通孔71、带环形槽的大圆柱体72以及小圆柱体74所组成；带环形槽的大圆柱体72与基体4右侧面上中部设有环行槽的直孔48相配胶结；光纤传感器的尾缆穿越通孔71，并以胶结的方式将尾缆固定在通孔71的锥端；所述连接套7的小圆柱体74上还配装一个橡胶套6用于防止尾缆折弯时引起断裂。

所述基体4为一个长度方向的上下两侧为第一圆柱面45的矩形体；所述矩形体前侧面上的沉孔46为带有圆角的矩形沉孔，矩形体前侧面上还有四个 螺孔44；所述用于封闭沉孔46的基体盖8由螺钉紧固于矩形体的前侧面；所述基体盖8由一个能与沉孔46相配、带圆角的矩形薄台81和一块长度方向两侧为第二圆柱面83的矩形薄板82叠加而成，在基体盖8上设有与四个螺孔44相对应的四个锥端沉孔84，所述基体盖8由螺钉紧固于基体4后，其两侧的第二圆柱面83与基体4两侧的圆柱面45的轴线合一，第一圆柱面83及第二圆柱面45相互吻合；所述与敏感座3的小圆柱体38相配的通孔42的轴线与矩形体圆柱面45的轴线同轴。

所述矩形体左侧面上的两个光纤引入孔41为腰子形通孔。

所述矩形体右侧面的通孔47为内孔小外孔大的阶梯通孔，所述塞盖5由大圆柱体52和小圆柱体51叠加而成，塞盖5的小圆柱体51与通孔47的外孔相配胶结。

所述敏感座3的内通孔为一直径较大的端孔31和直径较小的内孔32组成的阶梯通孔；所述端盖1由大圆盘12和小圆盘11叠加而成，大圆盘12的外直径与弹性体的内孔21吻合，小圆盘11的外直径与敏感座3的端孔31相配。

所述橡胶套6由大圆柱体62、锥体64、小圆柱体63依次叠加而成；橡胶套6的内孔为阶梯通孔61，通孔61与连接套7上的小圆柱体74相配合。

本实用新型可带来如下有益效果：

本实用新型结构合理，制作而成的传感器单元，其声压灵敏度、加速度相移灵敏度、耐温、耐压、耐腐以及形体尺寸等技术指标均能符合设计要求。

附图说明

图1为本实用新型的一个较佳实施例的装配构件示意图

图2为本实用新型的一个较佳实施例的端盖外形结构示意图

图3为本实用新型的一个较佳实施例的弹性体外形结构示意图

图4为本实用新型的一个较佳实施例的敏感座外形结构示意图

图5(a)为本实用新型的一个较佳实施例的基体外形结构示意图

图5(b)为本实用新型的一个较佳实施例的基体全剖视结构示意图

图6为本实用新型的一个较佳实施例的塞盖外形结构示意图

图7为本实用新型的一个较佳实施例的橡胶套外形结构示意图

图8为本实用新型的一个较佳实施例的连接套半剖视结构示意图

图9(a)为本实用新型的一个较佳实施例的基体盖的内面结构示意图

图9(b)为本实用新型的一个较佳实施例的基体盖的外面结构示意图

图10为本实用新型的一个较佳实施例的装配体局部剖视结构示意图

图11为本实用新型的一个较佳实施例的装配体外形图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

按照图1所示，将八个零件：基体4、敏感座3、弹性体2、连接套7、基体盖8、端盖1、塞盖5及橡胶套6依次胶结、固定，可组装成一个单体式光纤传感器的单元结构。

结合参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9：(1)端盖1，见图2。

端盖1由大圆盘12和小圆盘11叠加而成。大圆盘12的外直径与弹性体2的内孔21吻合；小圆盘11的外直径与敏感座3的端孔31相配。

(2)弹性体2，见图3。

弹性体2是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体。其内孔21与端盖1大圆盘12的外直径相配。

(3)敏感座3，见图4

敏感座3为由大圆柱体34和小圆柱体38叠加而成的阶梯圆柱体；其内通孔为由端孔31和内孔32组成的阶梯通孔；在大圆柱体34两端分别设有第一环行体33和第二环形体36；在第二环行体36上设有两个与基体4上两个腰子形通孔41的位置相对齐的缺口35。在小圆柱体38的中部设有一个环行槽37。

(4)基体4，见图5。

基体4的基本形体是一个长度方向的上下两侧为圆柱面45的矩形体。

在矩形体前侧，有一个带有圆角、与基体盖8上的矩形薄台81相吻合的矩形沉孔46，另外还有4个与基体盖8上锥端沉孔84的位置相一致的螺孔44。

在矩形体的左侧，有一对与矩形沉孔46相贯的腰子形通孔41以及也与矩形沉孔46相贯、且与矩形体轴线同轴、与敏感座3的小圆柱体38相配的通孔42；在通孔42的中部，设有一个环行槽43；当敏感座3的小圆柱体38与通孔42配合胶结时，环行槽37与43将吻合为充满胶液的同一个环行槽。

在基体4的右侧，有两个与矩形沉孔46相贯的阶梯通孔47和中部设有一个环行槽的直孔48；在阶梯通孔47中，将胶合塞盖5；在直孔48中，将胶合连接套7。

(5)塞盖5，见图6。

塞盖5由大圆柱体52和小圆柱体51叠加而成。塞盖5胶接于基体4右 端的阶梯通孔47中。

(6)橡胶套6，见图7。

橡胶套6由大圆柱体62、锥体64、小圆柱体63依次叠加而成。橡胶套6的内孔为阶梯通孔61，通孔61与连接套7上的小圆柱体74相配合。

(7)连接套7，见图8。

连接套7由带锥端的通孔71、带环形槽73的大圆柱体72以及小圆柱体74所组成。橡胶套6大端上的通孔61将配装于连接套7的小圆柱体74上。

(8)基体盖8，见图9。

基体盖8为一个带有圆角的矩形薄台81与一块长度方向两侧为第二圆柱面83的矩形薄板82叠加而成。在矩形薄板上，有4个呈不对称布置的锥端沉孔84。锥端沉孔84与基体4上螺孔44的位置相匹配；带有圆角的矩形薄台81与基体4上的矩形沉孔46的长宽尺寸吻合；基体盖8由螺钉紧固于基体4后，其两侧的圆柱面83与基体4两侧的第一圆柱面45的轴线合一，第二圆柱面83及第一圆柱面45相互吻合。

如图10所示，本实施例可通过选择各种适宜的材料及相关的机械加工手段，根据各加工件的工程图纸加工成相应零件后封装而成。

首先，将在大圆柱体34上已绕制定长光纤的敏感座3，以其小圆柱体38胶入基体4的左侧通孔42；胶结时须确保敏感座3和基体4上的两个环行槽37及43内充满胶体，并将敏感座3上的两个缺口35与基体4左侧面上的两个腰子形通孔41分别对齐；同时须将其光纤的两个端头分别通过缺口35和腰子形通孔41，穿入基体4的矩形沉孔46内。

然后，将在外圆22上已绕制定长光纤的弹性体2，以其内孔21与敏感座 3的第一环行体33和第二环形体36胶结；同时须将其光纤的两个端头分别通过腰子形通孔41，穿入基体4的矩形沉孔46内。

第三，将连接套7的大圆柱体72，胶入基体4右侧面上的直孔48；胶结时须确保大圆柱体72及直孔48上的两个环行槽互相对准，并确保环行槽内充满胶体。

第四，在基体4的矩形沉孔46内，将各光器件按该光纤传感器的光路原理可靠连接、摆放整齐；再将光纤传感器的尾缆穿越连接套7的通孔71，并以胶将尾缆固定于通孔71的锥端；然后将橡胶套6穿越尾缆后，使其内孔61套在连接套7的小圆柱体74上，以防尾缆折弯时引起断裂。

第五，将端盖1和塞盖5暂不用胶而分别“虚盖”于敏感座3的端孔31及基体4右侧面上的阶梯通孔47；然后将某种胶粘剂灌入基体4的矩形沉孔46内；再以4个螺钉将基体盖8紧固于基体4，使矩形沉孔46内的光器件初步密封。

最后，分别打开“虚盖”的端盖1和塞盖5，对基体4的矩形沉孔46进行补充灌胶；在确保其内的胶体完全充满后，将端盖1和塞盖5可靠胶结，从而使矩形沉孔46内的光器件完全密封。

Claims (7)

1.一种单体式光纤传感器，其特征在于：该光纤传感器主要由容纳各种光器件的基体(4)以及在外部绕制有定长光纤的敏感座(3)和弹性体(2)组成；所述光纤传感器容纳光器件的内腔空隙用胶粘剂充填密封；

所述基体(4)在主体部分设有一个沉孔(46)用于容纳各种光器件，并设有基体盖(8)用于封闭；所述基体(4)的左侧面上还设有一个用于固定敏感座(3)的带环行槽(43)的直孔(42)和两个光纤引入孔(41)；所述基体(4)的右侧面上有一个通孔(47)以及一个带环行槽的直孔(48)，所述通孔(47)用于补灌胶液，通孔(47)上设有封闭用塞盖(5)，所述直孔(48)内胶合一个连接套(7)用于引出光纤传感器的尾缆；

所述敏感座(3)为带有内通孔的阶梯圆柱体，由大圆柱体(34)和小圆柱体(38)叠加而成；在所述小圆柱体(38)中间设有一个环行槽(37)；小圆柱体(38)与基体(4)上带环行槽(43)的直孔(42)相配胶结；在大圆柱体(34)两端分别设有第一环行体(33)和第二环行体(36)，在第二环行体(36)上开有两个与基体(4)上的两个光纤引入孔(41)的位置相对齐的两个缺口(35)；并在大圆柱体(34)的端口上设有端盖(1)用于封闭敏感座(3)的内通孔；

所述弹性体(2)是一个由非金属材料制成的薄壁空心圆柱体，其内孔(21)与大圆柱体(34)上的第一环行体(33)和第二环行体(36)的外直径相配并通过胶结的方式固定。

2.按照权利要求1所述的一种单体式光纤传感器，其特征在于：所述连接套(7)由带锥端的通孔(71)、带环形槽的大圆柱体(72)以及小圆柱体 (74)所组成；带环形槽的大圆柱体(72)与基体(4)右侧面上中间设有环行槽的直孔(48)相配胶结；光纤传感器的尾缆穿越通孔(71)，并以胶结的方式将尾缆固定在通孔(71)的锥端；所述连接套(7)的小圆柱体(74)上还套有一个橡胶套(6)用于防止尾缆折弯时引起断裂。

3.按照权利要求1所述的一种单体式光纤传感器，其特征在于：所述基体(4)为一个长度方向的上下两侧为第一圆柱面(45)的矩形体；所述矩形体前侧面上具有带圆角的矩形沉孔(46)以及四个螺孔(44)；所述用于封闭沉孔(46)的基体盖(8)由螺钉紧固在矩形体前侧面上，所述基体盖(8)由与沉孔(46)相配的一个带有圆角的矩形薄台(81)与一块长度方向两侧为第二圆柱面(83)的矩形薄板(82)叠加而成，在基体盖(8)上设有与四个螺孔(44)相对应的四个锥端沉孔(84)，所述基体盖(8)由螺钉紧固于基体(4)后，其两侧的第二圆柱面(83)与基体(4)两侧的第一圆柱面(45)的轴线合一，第二圆柱面(83)及第一圆柱面(45)相互吻合；所述与敏感座(3)的小圆柱体(38)相配的通孔(42)的轴线与矩形体第一圆柱面(45)的轴线同轴。

4.按照权利要求3所述的一种单体式光纤传感器，其特征在于：所述矩形体左侧面上的两个光纤引入孔(41)为腰子形通孔。

5.按照权利要求3所述的一种单体式光纤传感器，其特征在于：所述矩形体右侧面的通孔(47)为内孔小外孔大的阶梯通孔，所述塞盖(5)由大圆柱体(52)和小圆柱体(51)叠加而成，塞盖(5)的小圆柱体(51)与通孔(47)的外孔相配胶结。

6.按照权利要求3所述的一种单体式光纤传感器，其特征在于：所述敏 感座(3)的内通孔为一直径较大的端孔(31)和直径较小的内孔(32)组成的阶梯通孔；所述端盖(1)由大圆盘(12)和小圆盘(11)叠加而成，大圆盘(12)的外直径与弹性体的内孔(21)吻合，小圆盘(11)的外直径与敏感座(3)的端孔(31)相配。

7.按照权利要求3所述的一种单体式光纤传感器，其特征在于：所述橡胶套(6)由大圆柱体(62)、锥体(64)、小圆柱体(63)依次叠加而成；橡胶套(6)的内孔为阶梯通孔(61)，通孔(61)与连接套(7)上的小圆柱体(74)相配合。 

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