[发明专利]非本征光纤法珀振动传感器及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种非本征光纤法珀振动传感器及系统。

背景技术

在地震监测、结构健康监测和复杂环境下的机械振动测量中，由于光纤振动传感具有高灵敏度、大动态范围、抗电磁干扰和容易复用等特性，因此被广泛应用。目前，光纤振动传感主要包括光强调制型、波长调制型和相位调制型三种，其中相位调制型光纤振动传感由于其高性能和低成本等特性，被广泛研究和应用。相位调制型光纤振动传感一般是采用干涉仪将惯性力转化为干涉信号的相位变化实现加速度或位移传感，常用的干涉仪有Michelson干涉仪、Mach-Zehnder干涉仪和Fabry-Perot（法布里－珀罗，以下简称“法珀”）干涉仪。具体的，中国专利（公开号：CN101788569B）公布了一种光纤加速度传感器探头及加速度传感器系统。其中，将梯度透镜固定在菲索干涉腔支架上，其出射端面与反光膜区域平行放置构成菲索干涉腔，且菲索腔的长度可以通过梯度透镜在支架上的位置来调节。该专利的加工方法工艺复杂，在实际应用中，梯度透镜的垂直度无法保证，且菲索腔的长度较难调节。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种非本征光纤法珀振动传感器及系统。可以十分容易的调节光纤法珀腔的腔长、以及准直透镜的出光面和反射镜的平行度。

本发明提供的非本征光纤法珀振动传感器系统，包括：相位载波解调器和非本征光纤法珀振动传感器，其特征在于：所述非本征光纤法珀振动传感器，包括：带开口的壳体、振动敏感元件、反射镜、带尾纤的准直透镜、准直透镜夹持装置、弹簧固定装置、弹簧和端盖；在所述振动敏感元件的中央设置所述反射镜后将所述振动敏感元件连接于所述壳体内，将所述准直透镜夹持装置夹紧所述准直透镜后放入所述弹簧固定装置中，并将所述弹簧固定装置安装于所述壳体内并将所述弹簧支持在所述壳体和所述弹簧固定装置之间，采用紧定螺钉将所述弹簧固定装置锁紧于所述壳体内，所述端盖设置于所述壳体的开口处并与所述壳体螺纹连接，将所述弹簧固定装置和弹簧固定在所述壳体内，所述准直透镜的出光面与所述反射镜平行构成实现加速度或位移传感的法珀腔，且所述法珀腔的腔长通过所述端盖和壳体间的螺纹调节，所述准直透镜的出光面与所述反射镜的平行度通过所述紧定螺钉微调。

进一步，所述相位载波解调器包括：信号发生器、电流驱动器、分布反馈DFB激光器、光隔离器、光纤耦合器、光纤接头、第一光电探测器、第二光电探测器和微处理器；所述信号发生器产生的正弦波信号通过所述电流驱动器转化为正弦信号对所述DFB激光器的输出光频进行调制，经过频率调制后的激光依次通过所述光隔离器、光纤耦合器、光纤接头进入所述非本征光纤法珀振动传感器；所述非本征光纤法珀传感器返回的干涉信号通过所述光纤接头、光纤耦合器后被第一光电探测器探测；所述光纤耦合器输出的所述经过频率调制后的激光被所述第二光电探测器探测；所述第一光电探测器、第二光电探测器和信号发生器产生的信号输至所述微处理器处理。

进一步，所述振动敏感元件包括：质量块和弹性膜片，所述质量块固定在所述弹性膜片的中央，所述反射镜固定于所述质量块的表面，所述弹性膜片的边与所述壳体固支或简支连接。

进一步，所述质量块和壳体底部之间安装阻尼器。

进一步，所述弹性膜片包括：平膜片、波纹膜片、十字梁、镂空膜片或复合梁。

近一步，所述弹性膜片上复合有阻尼材料改变传感器的阻尼特性

进一步，所述反射镜的反射面镀反射膜或者抛光。

进一步，所述准直透镜为梯度折射率GRIN透镜。

进一步，所述GRIN透镜的出光面镀半反半透膜或增透膜。

本发明提供的一种非本征光纤法珀振动传感器，包括：带开口的壳体、振动敏感元件、反射镜、带尾纤的准直透镜、准直透镜夹持装置、弹簧固定装置、弹簧和端盖；在所述振动敏感元件的中央设置所述反射镜后将所述振动敏感元件连接于所述壳体内，将所述准直透镜夹持装置夹紧所述准直透镜后放入所述弹簧固定装置中，并将所述弹簧固定装置安装于所述壳体内并将所述弹簧支持在所述壳体和所述弹簧固定装置之间，采用紧定螺钉将所述弹簧固定装置锁紧于所述壳体内，所述端盖设置于所述壳体的开口处并与所述壳体螺纹连接，将所述弹簧固定装置和弹簧固定在所述壳体内，所述准直透镜的出光面与所述反射镜平行构成实现加速度或位移传感的法珀腔，且所述法珀腔的腔长通过所述端盖和壳体间的螺纹调节，所述准直透镜的出光面与所述反射镜的平行度通过所述紧定螺钉微调。