TWI381152B - 光纖光柵振動感測方法 - Google Patents

Description

光纖光柵振動感測方法

本發明係關於一種光纖光柵振動感測方法，尤其是一種將振動情形放大，增加靈敏度之感測方法。

中華民國公告第I225923號「光纖震動感測器」發明專利案，揭示一種習知光纖震動感測器，係包含一光纖，該光纖具有一被覆層(cladding)、一核心(core)、一第一端、一第二端及一感測區，該光纖之第一端連接一雷射光源，該光纖之第二端連接一光二極體，該光二極體連接一光波分析元件，該感測區具有至少一研磨區及一光柵，該光柵位於該研磨區且該研磨區係於該光纖側邊研磨形成；當該光纖受到震動時，該光柵幾何結構相對地亦會隨之震動，藉由該雷射光源由該光纖之第一端射入，經過光柵後輸出至該光二極體，傳送給光波分析元件即可得到一「光波震幅強度改變」的結果，再經過訊號分析轉換可得震動的強度與頻率。

按，上述習知光纖震動感測器係直接設置於一震動源上，使該習知光纖震動感測器與該震動源產生相同的震動情形，若該震動源僅產生微小震動時，該習知光纖震動感測器之光纖係也跟著產生微小震動情形，導致該光柵幾何結構僅有小範圍的變動，因此，該習知光纖震動感測器在微小震動量測上會有困難，靈敏度不佳；再者，該習知光纖震動感測器之光纖感測區係為裸露狀態，使該習知光纖震動感測器於長時間震動下容易受到的損害。

本發明目的乃改良上述缺點，係提供一種光纖光柵振動感測方法，本發明的光纖光柵振動感測方法係具有將振動情形放大，增加靈敏度的目的。

本發明次一目的係提供一種光纖光柵振動感測方法，該光纖具有避免受到損害的目的。

本發明再一目的係提供一種光纖光柵振動感測方法，該光纖光柵振動感測方法具有即時監測的目的。

為達到前述發明目的，本發明所運用之技術內容如下：

一種光纖光柵振動感測方法，係包含提供具有一保護層之光纖；以懸臂方式將該光纖之一端設置於一振動待測物上，該光纖之另一端形成懸空狀，使該光纖具有一自由端及一固定端，該光纖之自由端形成一力臂，該光纖之固定端連接一光源及一光電二極體；藉由該振動待測物，帶動該光纖之力臂振動產生形變；及利用該光源輸入至該光纖，並由該光電二極體輸出訊號至一分析元件進行分析，以獲得振動的振幅與頻率。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1及3圖所示，本發明較佳實施例之光纖光 柵振動感測方法係包含一前置步驟S1、一架設步驟S2及一分析步驟S3。該前置步驟S1係預置具有一電鑄金屬層11之光纖1。

請參照第2及3圖所示，本發明之光纖1係將一光纖單元之保護層(coating)剝除(圖未繪示)以形成一核部12，並於該核部12依序設置一塗覆層13及一無電鍍金屬層14，使該核部12、塗覆層13及無電鍍金屬層14共同形成一核體，再將該核體固定於一固定膜15進行電鑄，且該固定膜15之表面較佳係被覆有一導電層151以幫助導電，以於該核體及固定膜15之表面形成該電鑄金屬層11，最後再將該固定膜15與該電鑄金屬層11分離；藉此，該電鑄金屬層11具有保護作用，避免該光纖1因為長時間振動或振動情形較大的情形下受損或斷裂；此外，該電鑄金屬層11向垂直該光纖1軸向方向延伸出二翼翅111，且該翼翅111之底端112係位於同一水平面上，藉由該電鑄金屬層11之翼翅111，使該光纖1之底端112設置於一振動待測物2上時，接觸面積增加，使該光纖1於該振動待測物2上可以形成更為穩固的設置。

請參照第1、4及5圖所示，本發明較佳實施例之架設步驟S2係以懸臂方式將該光纖1之一端設置於一振動待測物2上，該光纖1之另一端形成懸空狀；更詳言之，該光纖1具有一自由端16及一固定端17，該光纖1之自由端16形成一力臂18，該光纖1之固定端17係藉由一光耦合元件3連接一光源4及一光電二極體5；藉由該振動待測物2振動時帶動該光纖1之力臂18跟著振動產生形變， 由於該光纖1之形變會造成光柵間距改變，導致該光纖1之反射波長會產生飄移，且該光纖1之反射波長的飄移量與振動之間具有一定的比例關係，故可透過飄移後與飄移前的波長差推導得知振動的大小。

請參照第4圖所示，該光源4較佳係選自可發射一寬頻光的發光元件，如：發光二極體(LED)或雷射二極體等，以持續提供穩定且高功率及寬頻帶之光進行量測。

該光電二極體5能將光能量轉換為電壓或電流輸出訊號等方式輸出，使得輸出訊號得以在通過運算處理後能即時反映出對應數值於量測儀器上，避免訊號延遲的狀況發生。

請再參照第5圖所示，該振動待測物2振動時帶動該光纖1跟著振動，由於該光纖1係以懸臂方式設置於該振動待測物2上，使該光纖1之力臂18振動情形相較於該振動待測物2振動情形大，因此該光纖1能將該振動待測物2的微小振動情形放大；再者，該光纖1之力臂18振動情形大使該光纖1產生更大的形變，會使得光柵間距變化大，導致反射波長的飄移量也變大，藉由反射波長的飄移量與振動之間具有一定的比例關係，使得可量測的振動範圍也跟著變大，藉此，增加量測振動時的靈敏度。

請再參照第1及4圖所示，本發明較佳實施例之分析步驟S3係利用將該光電二極體5連接至一分析元件6，藉由該光源4由該光纖1之固定端17輸入，經由該光纖1之核部12反射光波由該光纖1之固定端17輸出至該光電二極體5，該光電二極體5傳送訊號至該分析元件6，以獲 得該光纖1因振動產生形變導致反射波長的飄移量，進行分析獲得該振動待測物2的振幅與頻率；該分析元件6較佳係可選自一光纖感測掃描儀MOI sm130-700，以便能完整記錄該光纖1振動時反射波長快速變化的情形，量測結構的動態變化，進而分析出訊號，達到即時監測的效果。

本發明之光纖光柵振動感測方法，係藉由將該光纖1以懸臂方式設置於該振動待測物2上，藉此，該光纖1之力臂18振動情形相較於該振動待測物2振動情形大，使該光纖1能將該振動待測物2的微小振動情形放大，且該光纖1產生大形變導致該光纖1之光柵間距改變也變大，可獲得更大範圍反射波長的飄移量，而反射波長的飄移量與振動之間具有一定的比例關係，使得可量測的振動範圍也跟著變大，因此，該光纖光柵振動感測方法具有將振動情形放大，增加靈敏度的功效。

本發明之光纖光柵振動感測方法，藉由該光纖1具有該電鑄金屬層11，使該光纖1具有避免因為長時間振動或振動情形較大的情形下受損或斷裂，使該光纖具有避免受到損害的功效。

本發明之光纖光柵振動感測方法，該光源4係以持續提供穩定且高功率及寬頻帶之光進行量測，該光電二極體5能將光能量轉換為電壓或電流輸出訊號等方式輸出，使得輸出訊號得以在通過運算處理後能即時反映出對應數值於量測儀器上，避免訊號延遲的狀況發生，該分析元件6能完整記錄該光纖1振動時反射波長快速變化的情形，量測結構的動態變化，進而分析出訊號，獲得振動的振幅與 頻率，因此，本發明之光纖光柵振動感測方法具有即時監測的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

1‧‧‧光纖

11‧‧‧電鑄金屬層

111‧‧‧翼翅

112‧‧‧底端

12‧‧‧核部

13‧‧‧塗覆層

14‧‧‧無電鍍金屬層

15‧‧‧固定膜

151‧‧‧導電層

16‧‧‧自由端

17‧‧‧固定端

18‧‧‧力臂

2‧‧‧振動待測物

3‧‧‧光耦合元件

4‧‧‧光源

5‧‧‧光電二極體

6‧‧‧分析元件

第1圖：本發明較佳實施例之流程圖。

第2圖：本發明較佳實施例之電鑄步驟後的核部剖視圖。

第3圖：本發明較佳實施例之電鑄步驟後的電鑄金屬層及核部剖視圖。

第4圖：本發明較佳實施例之量測系統示意圖。

第5圖：本發明較佳實施例之局部位在振動過程情形圖。

1．．．光纖

16．．．自由端

17．．．固定端

18．．．力臂

2．．．振動待測物

3．．．光耦合元件

4．．．光源

5．．．光電二極體

6．．．分析元件

Claims (6)

1. 一種光纖光柵振動感測方法，包含：提供具有一保護層之光纖；以懸臂方式將該光纖之一端設置於一振動待測物上，該光纖之另一端形成懸空狀，使該光纖具有一自由端及一固定端，該光纖之自由端形成一力臂，該光纖之固定端連接一光源及一光電二極體；藉由該振動待測物，帶動該光纖之力臂振動產生形變；及利用該光源輸入至該光纖，並由該光電二極體輸出訊號至一分析元件進行分析，以獲得振動的振幅與頻率。
2. 依申請專利範圍第1項所述之光纖光柵振動感測方法，其中，該光纖係先將一光纖單元之一核部表面形成一塗覆層及無電鍍金屬層，該核部、塗覆層及無電鍍金屬層共同形成一核體，再於該核體表面形成該保護層，該保護層係為一電鑄金屬層。
3. 依申請專利範圍第2項所述之光纖光柵振動感測方法，其中，該電鑄金屬層向垂直該光纖軸向方向延伸出二翼翅，且該翼翅之底端係位於同一水平面上。
4. 依申請專利範圍第1或2項所述之光纖光柵振動感測方法，其中，該光源及該光電二極體係藉由一光耦合元件連接至該光纖之固定端。
5. 依申請專利範圍第1或2項所述之光纖光柵振動感測方法，其中，該光源係為一發光二極體或一雷射二極體。
6. 依申請專利範圍第1或2項所述之光纖光柵振動感測方法，其中，該分析元件係為一光纖感測掃描儀。