CN216925481U - 一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，包括光源，所述光源输出的光经输入光纤引入准直透镜后聚焦于反射片；所述反射片反射的光经准直透镜沿输出光纤接入光功率计。本实用新型将反射片安装到待测目标表面上，并将光源发出的光信号的光功率调试到一个理想的目标值，同时通过光功率计接收并检测反射的光信号的光功率值；当待测目标发生形变或振动时，光功率计接收并检测到的光功率值会偏离目标值，根据预先标定好的目标值反推出待测目标的形变及振动值。

Description

一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器

技术领域

本实用新型涉及光电传感器领域，具体涉及一种可监测目标形变及振动的光电传感器。

背景技术

形变及振动是很多领域都非常关注的问题，尤其是形变及振动会引起严重后果的应用场景，比如，桥梁及隧道的形变及振动、风力发电叶片的形变及振动、飞机机翼的形变及振动等等，都是对形变及振动要求很高的场景。诸如上述场景的形变及振动，都需要进行在线式的形变监测，随时监测并反馈目标表面的形变及振动。

目前，监测形变和振动的技术手段主要有应变片、光纤光栅传感、北斗传感等，实际使用时，主要以北斗或GPS传感监测为主，配合应变力测量等技术手段，来获取目标的形变。但上述技术手段的安装和调试均较为繁琐，需要较多的安装和调试时间，传感器部分不够灵敏。

经检索发现，公开号CN109612427A的中国专利于2019年04月12日公开了一种多传感器协同的无人机公路桥梁形变检测方法及系统，包括无人机模块和桥梁形变检测工作站模块。无人机模块主要由无人机和检测桥梁形变的多传感器组成。桥梁形变检测工作站模块由地面控制中心移动端和桥梁形变检测工作站模块两部分组成。桥梁检测人员设置无人机的作业模式。无人机通过搭载的传感器获取桥梁检测的数据并传回地面移动工作站，采集的数据通过桥梁形变检测数据管理系统进行存储、管理、处理、分析、可视化，另外可利用系统中桥梁风险评估模型进行桥梁风险评估，并建立桥梁健康档案。

但是该专利仍然存在着在检测过程中，需要较长时间进行安装和调试，且传感器不够灵敏的技术问题，由此可见，研究一种灵敏的传感器，减少传感器的安装和调试的时间，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型在现有可变光衰减器的基础上，对整体光路结构进行针对性的改进，提供一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，实现了快速实时地监测目标形变及振动的情况，提升了整体光路的形变及振动敏感性。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的：

一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，包括光源，所述光源输出的光经输入光纤引入准直透镜后聚焦于反射片；所述反射片反射的光经准直透镜沿输出光纤接入光功率计。

上述技术方案中，将反射片安装到待测目标表面上，并将光源发出的光信号的光功率调试到一个理想的目标值，同时通过光功率计接收并检测反射的光信号的光功率值；当待测目标发生形变或振动时，光功率计接收并检测到的光功率值会偏离目标值，根据预先标定好的目标值反推出待测目标的形变及振动值。

具体地，所述光功率计为快速光功率计，采用快速光功率计监测光信号强弱的变化，可快速实时地监测待测目标形变及振动的情况，并实时反馈给系统进行后续处理。

优选地，所述准直透镜远离反射片的一端设置有双芯插针。

具体地，所述双芯插针用于连接输入光纤和输出光纤。

优选地，所述双芯插针与输入光纤的输出端连接，所述输入光纤的输入端与光源连接；所述双芯插针与输出光纤的输入端连接，所述输出光纤的输出端与光功率计连接。

具体地，所述光源输出的光经输入光纤和双芯插针，引入准直透镜后聚焦于反射片；所述反射片反射的光经准直透镜，沿双芯插针和输出光纤接入光功率计。

优选地，所述准直透镜远离反射片的一端设置有单芯插针。

具体地，所述单芯插针用于连接光环形器的输入输出端。

优选地，所述单芯插针与光环形器的公共端连接，所述光环形器的输入端与光源连接，输出端与光功率计连接。

具体地，所述光源输出的光经光环形器的输入端，经过光环形器的公共端和单芯插针，引入准直透镜后聚焦于反射片；所述反射片反射的光经准直透镜，经过单芯插针和光环形器的公共端，沿光环形器的输出端接入光功率计。

优选地，所述反射片靠近准直透镜的一端增镀有反光膜。

具体地，所述反射片向着光路的一侧增镀反光膜，背向光路的一侧不需要增镀反光膜。

优选地，包括玻璃管，所述玻璃管套设在准直透镜和反射片外。

具体地，在准直透镜和反射片外套设有玻璃管，以便于对在准直透镜和反射片进行保护。

优选地，所述反射片具有安装座。

具体地，所述安装座设置在玻璃管的一端，以便于将该光电传感器安装在待测目标表面。

优选地，所述安装座的尺寸大于玻璃管的横截面积，所述安装座上贯穿设置有多个安装孔，所述安装孔设置在玻璃管的周围。

具体地，在安装座上设置安装孔，以便于将安装座固定安装在待测目标表面，方便后期的集成安装。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型将反射片安装到待测目标表面上，并将光源发出的光信号的光功率调试到一个理想的目标值，同时通过光功率计接收并检测反射的光信号的光功率值；当待测目标发生形变或振动时，光功率计接收并检测到的光功率值会偏离目标值，根据预先标定好的目标值反推出待测目标的形变及振动值；

(2)本实用新型仅使用光源、准直透镜、反射片和光功率计，就可以实现形变或振动的检测，整体结构简单，且和现有MEMS光器件工艺兼容，成本低廉；

(3)本实用新型使用的光学元件具有尺寸小巧，安装方便的特点，可应用在多种场景；

(4)本实用新型通过集成快速光功率计，可以实现待测目标形变或振动的快速监测。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例1的原理示意图；

图2为根据本实用新型实施例1的光斑分布示意图；

图3为根据本实用新型实施例2的第二原理示意图；

其中：1、光源；2、玻璃管；3、双芯插针；4、准直透镜；5、反射片；6、快速光功率计；7、输入光纤；8、输入纤芯；9、输出光纤；10、输出纤芯；11、输出光斑；12、光环形器。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

本实施例提供一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，包括光源，所述光源输出的光经输入光纤引入准直透镜后聚焦于反射片；所述反射片反射的光经准直透镜沿输出光纤接入光功率计，原理示意如图1所示。

进一步地，所述光功率计为快速光功率计6，采用快速光功率计6监测光信号强弱的变化，可快速实时地监测待测目标形变及振动的情况，并实时反馈给系统进行后续处理。

进一步地，如图2所示，所述准直透镜4远离反射片5的一端设置有双芯插针3。所述双芯插针3与输入光纤7的输出端连接，所述输入光纤7的输入端与光源1连接；所述双芯插针3与输出光纤9的输入端连接，所述输出光纤9的输出端与快速光功率计6连接。所述输入光纤7内设置有输入纤芯8；所述输出光纤9内设置有输出纤芯10，以及设置有偏离所述输出纤芯10的输出光斑11。

进一步地，光源1发出探测光信号，沿输入光纤7进行双芯插针3，由准直透镜4转换成平行光向前传输，至反射片5。为了提高形变及振动监测的灵敏度，此处的反射片5 采用易形变的材料制作，不宜采用很硬的材料进行制作。反射片5向着光路的一侧增镀反光膜，背向光路的一侧不需要增镀反光膜。另外，反射片5还需要增加便于后期安装到待测目标表面的安装座和安装孔，方便后期系统的集成安装。经过反射片5反射之后的光信号，再沿着光路反向传输，至输出光纤9。

进一步地，为了提升形变及振动监测的灵敏度，此处需将输出光斑11调试至偏离输出光纤9的位置。在不影响快速光功率计6探测的前提下，应尽量将输出光斑11调试到更加偏移输出光纤9的位置，因为偏移的位置越远，接受到的光信号也越弱，当外部环境发生形变或振动时，光信号变化的也就越灵敏，这也就意味着本实用新型可以监测高灵敏度的形变和振动。

进一步地，当需要进行待测目标的快速监测时，需要使用快速光功率计6。目前，业界的快速光功率计6的相应时间可以到微秒级别，也就意味着该系统的响应速度达到微秒级别，比现在市面上的监测系统都具有更快的响应速度。

工作原理：所述光源1输出的光经输入光纤7和双芯插针3，引入准直透镜4后聚焦于反射片5；所述反射片5反射的光经准直透镜4，沿双芯插针3和输出光纤9接入快速光功率计6。

将光源1发出的光信号的光功率调试到一个理想的目标值，同时通过快速光功率计6 接收并检测反射的光信号的光功率值；当待测目标发生形变或振动时，快速光功率计6接收并检测到的光功率值会偏离目标值，根据预先标定好的目标值反推出待测目标的形变及振动值。

本实施例的使用原理非常简单，只需要将该反射片5安装到待测目标表面，并将目标功率调试到一个理想的目标值，目标值根据实际应用场景的需求进行设计。当待测目标发生形变或振动时，接收到的光功率值会偏移目标值，可以根据预先标定好的值反推出待测目标的形变及振动值。

实施例2

为进一步简化光电传感器的结构，本实施例提供另一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，所述准直透镜4远离反射片5的一端设置有单芯插针。所述单芯插针与光环形器12的公共端连接，所述光环形器12的输入端与光源1连接，输出端与快速光功率计6 连接，原理示意如图3所示。

工作原理：所述光源1输出的光经光环形器12的输入端，经过光环形器12的公共端和单芯插针，引入准直透镜4后聚焦于反射片5；所述反射片5反射的光经准直透镜4，经过单芯插针和光环形器12的公共端，沿光环形器12的输出端接入快速光功率计6。

本实施例在光路里面加入光环形器12，整体结构更为简单，不需要使用双芯插针3，仅需要使用单芯插针，系统的调试及标定更为简洁，且系统更加稳定。在对成本要求不敏感的应用场景中，建议优先采用图3所示的技术方案。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

Claims (9)

1.一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，包括光源，其特征在于，所述光源输出的光经输入光纤引入准直透镜后聚焦于反射片；所述反射片反射的光经准直透镜沿输出光纤接入光功率计。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述准直透镜远离反射片的一端设置有双芯插针。

3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述双芯插针与输入光纤的输出端连接，所述输入光纤的输入端与光源连接；所述双芯插针与输出光纤的输入端连接，所述输出光纤的输出端与光功率计连接。

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述准直透镜远离反射片的一端设置有单芯插针。

5.根据权利要求4所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述单芯插针与光环形器的公共端连接，所述光环形器的输入端与光源连接，输出端与光功率计连接。

6.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述反射片靠近准直透镜的一端增镀有反光膜。

7.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，包括玻璃管，所述玻璃管套设在准直透镜和反射片外。

8.根据权利要求7所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述反射片具有安装座。

9.根据权利要求8所述的一种高灵敏度的形变及振动监测光电传感器，其特征在于，所述安装座的尺寸大于玻璃管的横截面积，所述安装座上贯穿设置有多个安装孔，所述安装孔设置在玻璃管的周围。

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