CN209525002U - 一种分布式光纤振动传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式光纤振动传感器，包括传感器外壳，所述传感器外壳呈筒状结构，所述传感器外壳的两端分别贯穿传感器外壳设有传感器本体和数据连接头，所述传感器本体与所述数据连接头之间设有数据软线，所述传感器本体位于传感器外壳内的部分、所述数据连接头位于所述传感器外壳内的部分均通过限位块与所述传感器外壳内壁固接。本实用新型具有良好密封性能、优化探测噪声水平、提高探测灵敏度的优点。

Description

一种分布式光纤振动传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体来说，涉及一种分布式光纤振动传感器。

背景技术

传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展，在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐，光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方，或者对人有害的地区，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息，其中光纤振动传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

目前的液体环境用光纤振动传感器多数因为连接处的不够严实，从而导致液体顺着间隙流入光纤振动传感器的内部，从而使其内部的零件受到的腐蚀，严重的影响了光纤振动传感器的使用寿命。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种分布式光纤振动传感器，具有良好密封性能、优化探测噪声水平、提高探测灵敏度的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种分布式光纤振动传感器，包括传感器外壳，所述传感器外壳呈筒状结构，所述传感器外壳的两端分别贯穿传感器外壳设有传感器本体和数据连接头，所述传感器本体与所述数据连接头之间设有数据软线，所述传感器本体位于传感器外壳内的部分、所述数据连接头位于所述传感器外壳内的部分均通过限位块与所述传感器外壳内壁固接。

所述传感器本体包括双光脉冲生成组件、光电探测器、数据采集卡、信号发生器、光脉冲接收装置，所述双光脉冲生成组件的信号输入端与所述信号发生器的信号输出端连接，所述双光脉冲生成组件的信号输出端经光放大器和光滤波器与光脉冲接收装置的第一信号输入端连接，所述光脉冲接收装置的第一信号输出端与光纤链路的信号输入端连接，所述光纤链路的第一信号输出端与所述光脉冲接收装置的第二信号输入端连接，所述光纤链路的第二信号输出端与在线检编器的信号输入端连接，所述在线检编器的信号输出端与光电探测器的信号输入端连接，所述光电探测器的信号输出端与所述数据采集卡的信号输入端连接，所述数据采集卡的信号输出端与所述信号处理器的信号输入端连接。

该结构的光纤传感器内的双光脉冲生成组件用于生成具有偏振正交和同偏振态的双光脉冲，所述光脉冲接收装置用于将所述双光脉冲注入传感光纤，并接收所述传感光纤中所产生的瑞利光，所述数据采集卡用于采集所述光强信号，并进行分析计算得到所述瑞利光的相位信息，所述信号发生器用于为所述双光脉冲生成组件和数据采集卡提供控制脉冲信号及时钟同步信号。该结构的传感器抑制由瑞利光与延时瑞利光偏振失配导致的探测噪声涨落，优化探测噪声水平，提高探测灵敏度，消除因高相位噪声导致的探测盲区。

优选的，所述光纤链路包括多个传导光纤、多个传感光纤和多个光纤耦合器，相邻两传导光纤之间通过所述光纤耦合器连接，所述光纤耦合器的输出端还与所述传感光纤连接，所述传感光纤末端连接有光纤反射镜。

通过在传感光纤链路中，设置多个相互独立的传感光纤支路，实现多个位置的独立探测传感；同时，由于传感支路与光脉冲信号传输的传导光纤相互独立，使得某一位置或多个位置的扰动或者传感操作，不会影响其他位置的传感支路的脉冲信号传播，进而不会影响其他传感支路传感操作，从而大大提升的传感系统的定位精度和效率。

优选的，所述双光脉冲生成组件包括窄线宽激光器、光强调制器、非平衡干涉仪和偏振切换器，所述窄线宽激光器的信号输出端与所述光强调制器的第一信号输入端连接，所述光强调制器的信号输出端与所述非平衡干涉仪的第一输入端连接，所述非平衡干涉仪的信号输出端与所述偏振切换器的第一信号输入端连接，所述偏振切换器的信号输出端与所述光放大器的信号输入端连接，所述信号发生器的第一信号输出端将脉冲信号发送至光强调制器的第二信号输入端，所述信号发生器的第二信号输出端将正弦信号发送至非平衡干涉仪的第二信号输入端，所述信号发生器的第三信号输出端将方波信号发送至偏振切换器的第二信号输入端。

所述窄线宽激光器用于产生高相干激光；所述光强调制器用于根据所述信号发生器的控制脉冲对所述高相干激光进行强度调制，产生周期性重复脉冲光；所述非平衡干涉仪用于根据所述信号发生器的控制脉冲生成具有延时双光脉冲；所述偏振切换器用于根据所述信号发生器的控制脉冲对所述双光脉冲的偏振状态进行调制，得到具有偏振正交和同偏振态的双光脉冲。

优选的，所述传感器本体与所述传感器外壳的连接处、所述数据连接头与所述传感器外壳的连接处均通过密封胶粘合有圆锥形密封环。

通过圆锥形密封环可以防止外界水进入传感器本体内对内部元器件造成影响，避免严重影响光纤传感器的使用寿命。

优选的，所述传感器外壳表面涂有防腐涂料。

防腐涂料防止传感器在潮湿空气中工作影响传感器的探测效果。

优选的，所述传感器本体采用不锈钢或铜制成。

不锈钢或铜制成的传感器本体耐高温，在高温环境下也能保持良好的工作性能。

本实用新型的有益效果是：

(1)该结构的传感器抑制由瑞利光与延时瑞利光偏振失配导致的探测噪声涨落，优化探测噪声水平，提高探测灵敏度，消除因高相位噪声导致的探测盲区；

(2)通过在传感光纤链路中，设置多个相互独立的传感光纤支路，实现多个位置的独立探测传感；同时，由于传感支路与光脉冲信号传输的传导光纤相互独立，使得某一位置或多个位置的扰动或者传感操作，不会影响其他位置的传感支路的脉冲信号传播，进而不会影响其他传感支路传感操作，从而大大提升的传感系统的定位精度和效率；

(3)通过圆锥形密封环可以防止外界水进入传感器本体内对内部元器件造成影响，避免严重影响光纤传感器的使用寿命；

(4)防腐涂料防止传感器在潮湿空气中工作影响传感器的探测效果；

(5)不锈钢或铜制成的传感器本体耐高温，在高温环境下也能保持良好的工作性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种分布式光纤振动传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例传感器本体的内部连接示意图；

图3是本实用新型实施例光纤链路的连接示意图。

附图标记说明：

1、传感器外壳；2、传感器本体；21、双光脉冲生成组件；211、窄线宽激光器；212、光强调制器；213、非平衡干涉仪；214、偏振切换器；22、光电探测器；23、数据采集卡；24、信号发生器；25、光脉冲接收装置；26、光放大器；27、光滤波器；28、光纤链路；281、传导光纤；282、传感光纤；283、光纤耦合器；284、光纤反射镜；29、在线检编器；210、信号处理器；3、数据连接头；4、数据软线；5、圆锥形密封环；6、限位块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图1-2所示，一种分布式光纤振动传感器，包括传感器外壳1，所述传感器外壳1呈筒状结构，所述传感器外壳1的两端分别贯穿传感器外壳1设有传感器本体2和数据连接头3，所述传感器本体2与所述数据连接头3之间设有数据软线4，所述传感器本体2位于传感器外壳1内的部分、所述数据连接头3位于所述传感器外壳1内的部分均通过限位块6与所述传感器外壳1内壁固接。

所述传感器本体2包括双光脉冲生成组件21、光电探测器22、数据采集卡23、信号发生器24、光脉冲接收装置25，所述双光脉冲生成组件21的信号输入端与所述信号发生器24的信号输出端连接，所述双光脉冲生成组件21的信号输出端经光放大器26和光滤波器27与光脉冲接收装置25的第一信号输入端连接，所述光脉冲接收装置25的第一信号输出端与光纤链路28的信号输入端连接，所述光纤链路28的第一信号输出端与所述光脉冲接收装置25的第二信号输入端连接，所述光纤链路28的第二信号输出端与在线检编器29的信号输入端连接，所述在线检编器29的信号输出端与光电探测器22的信号输入端连接，所述光电探测器22的信号输出端与所述数据采集卡23的信号输入端连接，所述数据采集卡23的信号输出端与所述信号处理器210的信号输入端连接。

该结构的光纤传感器内的双光脉冲生成组件用于生成具有偏振正交和同偏振态的双光脉冲，所述光脉冲接收装置25用于将所述双光脉冲注入传感光纤282，并接收所述传感光纤282中所产生的瑞利光，所述数据采集卡23用于采集所述光强信号，并进行分析计算得到所述瑞利光的相位信息，所述信号发生器24用于为所述双光脉冲生成组件和数据采集卡23提供控制脉冲信号及时钟同步信号。该结构的传感器抑制由瑞利光与延时瑞利光偏振失配导致的探测噪声涨落，优化探测噪声水平，提高探测灵敏度，消除因高相位噪声导致的探测盲区。

实施例2：

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上进行改进，所述光纤链路28包括多个传导光纤281、多个传感光纤282和多个光纤耦合器283，相邻两传导光纤281之间通过所述光纤耦合器283连接，所述光纤耦合器283的输出端还与所述传感光纤282连接，所述传感光纤282末端连接有光纤反射镜284。

通过在传感光纤282链路28中，设置多个相互独立的传感光纤282支路，实现多个位置的独立探测传感；同时，由于传感支路与光脉冲信号传输的传导光纤281相互独立，使得某一位置或多个位置的扰动或者传感操作，不会影响其他位置的传感支路的脉冲信号传播，进而不会影响其他传感支路传感操作，从而大大提升的传感系统的定位精度和效率。

实施例2其余结构及工作原理同实施例1。

实施例3：

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上进行改进，所述双光脉冲生成组件包括窄线宽激光器211、光强调制器212、非平衡干涉仪213和偏振切换器214，所述窄线宽激光器211的信号输出端与所述光强调制器212的第一信号输入端连接，所述光强调制器212的信号输出端与所述非平衡干涉仪213的第一输入端连接，所述非平衡干涉仪213的信号输出端与所述偏振切换器214的第一信号输入端连接，所述偏振切换器214的信号输出端与所述光放大器26的信号输入端连接，所述信号发生器24的第一信号输出端将脉冲信号发送至光强调制器212的第二信号输入端，所述信号发生器24的第二信号输出端将正弦信号发送至非平衡干涉仪213的第二信号输入端，所述信号发生器24的第三信号输出端将方波信号发送至偏振切换器214的第二信号输入端。

所述窄线宽激光器211用于产生高相干激光；所述光强调制器212用于根据所述信号发生器24的控制脉冲对所述高相干激光进行强度调制，产生周期性重复脉冲光；所述非平衡干涉仪213用于根据所述信号发生器24的控制脉冲生成具有延时双光脉冲；所述偏振切换器214用于根据所述信号发生器24的控制脉冲对所述双光脉冲的偏振状态进行调制，得到具有偏振正交和同偏振态的双光脉冲。

实施例3其余结构及工作原理同实施例1。

实施例4：

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上进行改进，所述传感器本体2与所述传感器外壳1的连接处、所述数据连接头3与所述传感器外壳1的连接处均通过密封胶粘合有圆锥形密封环5。通过圆锥形密封环5可以防止外界水进入传感器本体2内对内部元器件造成影响，避免严重影响光纤传感器的使用寿命。

所述传感器外壳1表面涂有防腐涂料。防腐涂料防止传感器在潮湿空气中工作影响传感器的探测效果。

所述传感器本体2采用不锈钢或铜制成。不锈钢或铜制成的传感器本体2耐高温，在高温环境下也能保持良好的工作性能。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种分布式光纤振动传感器，其特征在于，包括传感器外壳，所述传感器外壳呈筒状结构，所述传感器外壳的两端分别贯穿传感器外壳设有传感器本体和数据连接头，所述传感器本体与所述数据连接头之间设有数据软线，所述传感器本体位于传感器外壳内的部分、所述数据连接头位于所述传感器外壳内的部分均通过限位块与所述传感器外壳内壁固接；

所述传感器本体包括双光脉冲生成组件、光电探测器、数据采集卡、信号发生器、光脉冲接收装置，所述双光脉冲生成组件的信号输入端与所述信号发生器的信号输出端连接，所述双光脉冲生成组件的信号输出端经光放大器和光滤波器与光脉冲接收装置的第一信号输入端连接，所述光脉冲接收装置的第一信号输出端与光纤链路的信号输入端连接，所述光纤链路的第一信号输出端与所述光脉冲接收装置的第二信号输入端连接，所述光纤链路的第二信号输出端与在线检编器的信号输入端连接，所述在线检编器的信号输出端与光电探测器的信号输入端连接，所述光电探测器的信号输出端与所述数据采集卡的信号输入端连接，所述数据采集卡的信号输出端与信号处理器的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述光纤链路包括多个传导光纤、多个传感光纤和多个光纤耦合器，相邻两传导光纤之间通过所述光纤耦合器连接，所述光纤耦合器的输出端还与所述传感光纤连接，所述传感光纤末端连接有光纤反射镜。

3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述双光脉冲生成组件包括窄线宽激光器、光强调制器、非平衡干涉仪和偏振切换器，所述窄线宽激光器的信号输出端与所述光强调制器的第一信号输入端连接，所述光强调制器的信号输出端与所述非平衡干涉仪的第一输入端连接，所述非平衡干涉仪的信号输出端与所述偏振切换器的第一信号输入端连接，所述偏振切换器的信号输出端与所述光放大器的信号输入端连接，所述信号发生器的第一信号输出端将脉冲信号发送至光强调制器的第二信号输入端，所述信号发生器的第二信号输出端将正弦信号发送至非平衡干涉仪的第二信号输入端，所述信号发生器的第三信号输出端将方波信号发送至偏振切换器的第二信号输入端。

4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述传感器本体与所述传感器外壳的连接处、所述数据连接头与所述传感器外壳的连接处均通过密封胶粘合有圆锥形密封环。

5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述传感器外壳表面涂有防腐涂料。

6.根据权利要求1所述的一种分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述传感器本体采用不锈钢或铜制成。