[实用新型]基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器和测试装置

说明书

本实用新型公开了一种基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器和测试装置，非对称微纳光纤耦合器包括第一单模光纤臂、第二单模光纤臂、第一少模光纤臂、第二少模光纤臂及融锥区和耦合区。在第一单模光纤臂加载振动信号，光纤主轴产生周期性波动，使得输入光的偏振态发生改变，x偏振与y偏振基模的功率比发生改变，耦合器两个输出端口的输出功率发生波动，实现振动信号的动态实时检测。本实用新型传感器对瞬态微振动信号检测具有极高响应度和线性度，通过对该振动传感器输出振动频率和幅值变化的监测，利用频谱分析仪监测该传感器输出功率的变化，利用示波器监测传感器输出信号电压幅值大小变化情况，有效估计加载振动信号的幅值大小。

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器和测试装置。

背景技术

光纤振动传感器在多区域结构安全监测中成为研究热点。主要包括油气管道、煤矿、电力、建筑物、隧道、大坝等众多基础领域，对即将发生的机械结构、基础设施的异常情况或事故进行预警，以避免人员伤亡，并提供维护和维修建议，同时可有效降低由地震、海啸等自然灾害带来的损失。

目前振动测量方法主要有机械式、电测式、光学式三种测量。机械式测量方法主要利用杠杆原理，直接记录放大的振动量。该方法抗干扰能力强，但频率测量范围窄、精度低，仅适用于低频、大幅度测量。压电式是将施加的振动参量转换为电信号，利用电测试仪表进行测量。该方法灵敏度高，但是易受电磁干扰，稳定性差。光学式测量方法是将施加的振动参量转换为光信号，抗电磁干扰，同时频率响应范围广、精度高。近年来，光纤振动传感器凭借结构紧凑、灵敏度高和稳定性好、频率响应范围大、制作成本低等优点得以迅速发展。

基于光纤的振动传感器主要有：光纤布拉格光栅振动传感器，体积大、难于集成且制作成本高；基于马赫增德尔干涉仪的光纤振动传感器，制作复杂且作用波长有限；基于后向瑞利散射的分布式光纤振动传感器具有较高的空间分辨率以及灵敏度，但是其电路调制系统复杂、成本相对较高。因此，研究并实现一种灵敏度高、线性度和稳定性好、频率响应范围大、结构紧凑、制作成本低、结构简单、应用环境丰富的光纤振动传感器在目前仍然具有较高的研究与应用价值。

实用新型内容

发明目的：针对以上问题，本实用新型提出一种基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器和测试装置。

技术方案：为实现上述设计目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器，包括压电陶瓷、函数信号发生器、非对称微纳光纤耦合器；所述非对称微纳光纤耦合器包括第一单模光纤臂、第二单模光纤臂、第一少模光纤臂、第二少模光纤臂；第一单模光纤臂和第一少模光纤臂一端熔融拉锥形成第一融锥区，第二单模光纤臂和第二少模光纤臂一端熔融拉锥形成第二融锥区，第一融锥区和第二融锥区通过耦合区连接；第一单模光纤臂缠绕于压电陶瓷上，函数信号发生器驱动压电陶瓷，压电陶瓷对第一单模光纤臂施加振动信号。

一种基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器测试装置，包括窄带激光器、偏振控制器、压电陶瓷、函数信号发生器、非对称微纳光纤耦合器、光电探测器、频谱分析仪；所述非对称微纳光纤耦合器包括第一单模光纤臂、第二单模光纤臂、第一少模光纤臂、第二少模光纤臂；第一单模光纤臂和第一少模光纤臂一端熔融拉锥形成第一融锥区，第二单模光纤臂和第二少模光纤臂一端熔融拉锥形成第二融锥区，第一融锥区和第二融锥区通过耦合区连接；第一单模光纤臂缠绕于压电陶瓷上，函数信号发生器驱动压电陶瓷，压电陶瓷对第一单模光纤臂施加振动信号；窄带激光器连接偏振控制器后，再与第一单模光纤臂相连，第二单模光纤臂和第二少模光纤臂均依次连接有光电探测器、频谱分析仪，检测输出端振动信号的振动频率和输出功率。

进一步地，连接方式均为光纤熔接。

有益效果：本实用新型的基于非对称微纳光纤耦合器的振动传感器，其输出的干涉信号均匀性好、对比度高，有利于解调出振动信号。