[发明专利]一种基于无芯光纤的振动传感器及其检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种基于无芯光纤的振动传感器及其检测装置。

背景技术

随着近几十年来光纤传感技术的不断发展，光纤传感器已经能够实现几十个物理量的探测并逐渐被运用于通讯、工程、物理参数测量等领域。光纤传感器实现对振动波的探测是现在研究的热点之一。随着当今社会发展，对基础设施的结构健康状况的实时监测有了越来越高的要求，例如桥梁振动和应力的监测、电机振动监测、变压器振动监测等，同时也要求传感器能够在复杂电磁环境下进行可靠稳定的多参量测量。在这样的要求下光纤传感器相较于传统传感器突显出很多优势，比如不受电磁干扰、体积小、重量轻、耐腐蚀等。由此光纤传感器已经得到了越来越广泛的应用。

无芯光纤是一种新型光纤，与纤芯-包层结构的普通光纤不同，这种光纤是一种具有均匀材质的石英纤维，没有纤芯，只由实心包层和涂覆层构成，不带有折射率差导致的分层特征，包层和涂覆层分别有纯熔融石英材料和聚合物材料制成，涂覆层可以很容易被剥离掉。

无芯光纤振动传感器作为光纤传感器家族中的一员，它除了具有已有传统光纤传感器的优点之外，还具有更大的动态范围、更高的精度和灵敏度、可远程测量等优点，已引起科研工作者越来越广泛的关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无芯光纤的振动传感器，能够克服普通振动传感器灵敏度受限问题，并提高动态范围。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于无芯光纤的振动传感器，包括第一光纤、无芯光纤段、第三光纤和毛细管段，所述第一光纤、无芯光纤段、第三光纤顺序熔接，所述第一光纤、第三光纤为同规格的单模光纤，所述无芯光纤段的长度为0.5厘米～10厘米，无芯光纤段的实心包层直径小于所述第一光纤外径；所述无芯光纤段位于所述毛细管段内，所述毛细管段的两端分别与所述第一光纤、第三光纤的涂覆层粘结。

优选的，所述毛细管段为石英毛细管段。所述毛细管段与第一光纤、第三光纤的涂覆层采用环氧树脂或紫外胶粘结。

本发明还提供了一种所述基于无芯光纤的振动传感器的检测装置，其特征在于，包括所述基于无芯光纤的振动传感器、光源和频谱仪，所述光源和所述频谱仪分别连接所述振动传感器两端，所述振动传感器固定于被检测的振动源之上。

本发明所述基于无芯光纤的振动传感器，利用了传感器内无芯光纤受到振动产生微弯，而无芯光纤与腔内空气由于折射率的不同等效成一种多模光纤，基于单模-多模-单模结构的模式干涉进而将振动信号调制到光信号上的特性，实现了基于强度调制的振动传感，这种方法克服了利用多模光纤通过包层模式实现传感探测灵敏度低的问题，同时也克服了通过腐蚀掉多模光纤包层让外界环境充当包层的工艺复杂性，一定程度上减少了误差。

本发明基于上述振动传感器的检测装置的优点是结构简单牢固、成本低、产品成功率高可操作性强、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、测量动态范围大、测量精度高、可远程测量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明所述基于无芯光纤的振动传感器示意图。

图2为本发明所述基于无芯光纤的振动传感器的检测装置结构图。

其中1——第一单模光纤，2——无芯光纤，3——第三单模光纤，4——石英毛细管，5——粘合剂，6——光源，7——振动源，8——振动传感器，9——频谱仪。

具体实施方式

如图1所示，第一单模光纤1、无芯光纤段2、第三单模光纤3顺序熔接，第一单模光纤、第三单模光纤为同规格的单模光纤，无芯光纤段的长度为0.5厘米～10厘米，无芯光纤段的实心包层直径小于第一单模光纤外径；无芯光纤段2悬空位于石英毛细管段4内，石英毛细管段4的两端分别与第一单模光纤、第三单模光纤的涂覆层通过粘合剂5粘结。无芯光纤2于石英毛细管4中悬空，免受环境干扰。粘合剂5采用环氧树脂或紫外胶。

图2所示为本发明所述基于无芯光纤的振动传感器的检测装置，它包括可对振动频率进行测量无芯光纤传感器8，光源6和频谱仪9。其中光源6和频谱仪9分别连接无芯光纤传感器8两端，无芯光纤传感器固定于振动源7之上。

本发明基于无芯光纤的振动传感器的检测装置的工作过程是，光源6将光入射到传感器8中，当传感器受到来自振动源7振动时，毛细管4中的无芯光纤2受到振动作用发生微弯，引起模式变化形成多模干涉，从而引起光强变化，实现对光的强度调制，通过频谱仪9对信号进行处理，即可获得振动的精确频率。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。