一种光纤振动传感器制造技术

本发明专利技术的光纤振动传感器，它是由毛细管、光纤、振动弹性体、内封装壳和外封装置构成。光纤固于毛细管中，可感应外界振动的一体化振动弹性体粘接其上，构成传感器头，将传感器头置于内封装壳中，再置于外封装罩中。本光纤振动传感器，不仅具有抗强电磁干扰、致密性好、耐高温高压、工作稳定、寿命长、操作安全等优点，而且结构微型化、成本低、利于批量生产。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到光纤传感技术。在一些环境恶劣的场合下，特别是在强电磁干扰，高压、高温的环境中，常规的振动传感器不能理想地进行测试。如在大型电机内部，定子端部线圈承受的电磁力剧大，由此，产生的定子绕组端部线圈的振动需要进行长期监测，以识别某些潜在的或发展中的端部线圈故障，以便及时报警处理，避免破坏性高压击穿。因此，需要有振动传感器进行测试。由于测量所处的是特定的恶劣环境，强电磁场、高速变化的气流、高分贝噪声，温度等都会对传感器测试信号产生强烈的干扰。所以在此处用的振动传感器，必须具有抗强电磁干扰、耐高压、高温、高可靠性和长期稳定性的特点。然而现有的振动传感器还不能理想的达到这一要求。而且现有的振动传感器，其信号引出线是金属导线，测量仪器在电气上与高压连通，这对操作人员还缺乏可靠的安全。然而，光纤所具有的耐高压、抗强电磁干扰等优异性能，能弥补上述的不足之处。自80年代以来，人们对光纤振动传感器进行了大量的研究工作、开发出多种的光纤振动传感器。如瑞典ASEA公司制作的利用半导体荧光二次发射特性的光纤振动传感器(ASEA研究与专利技术公司产品说明书Accelerometer 2010以及Proc.of InternatioalConf on Optical Techniques in Process Control 1983)，它的特点是用振动弹性体的悬臂膜片感应外界振动来调制入射其上的光束，再由光纤传输回光电检测部分，测出振动信号。振动弹性体采用半导体多层材料，借其中的有源层的荧光二次发射特性，产生一个参考光信号。由于它是多层结构，各层材料间存在着热匹配问题，为此，带来温度特性不佳，而且结构复杂，制作工艺难度大、成本高。又如，意大利IROE—CNR公司制作的双光纤反射式光纤振动传感器，它需要一收一发两根光纤，以及自聚焦透镜等，它的结构也复杂，光路调整困难。因该传感器的安装框架结构是金属，它的安装固定不仅困难，而且温度性能及可靠性也不佳，成本也较高。本专利技术的目的是为了寻找一种结构简单，性能稳定可靠、制作容易、有利于批量生产、低成本的光纤振动传感器。为了实现专利技术的目的，其具体方案如下本专利技术的光纤振动传感器是由毛细管1、光纤2、振动弹性体3、内封装壳4和外封装罩5构成，光纤2位于毛细管1中，周围用粘接剂粘固，构成光纤插针，带有插针的毛细管端面加工成光学斜面，振动弹性体3粘接其上，振动弹性体中的悬臂振动膜片7的反射面正对光纤芯的端面，构成传感器头，将整个传感器头置于真空或填充气体的内封装壳4内，形成与外界隔离的传感头，然后再将它置于外封装罩5中(见附图1)。 附图说明图1是本专利技术光纤振动传感器的结构示意图其中1—毛细管；2—光纤；3—振动弹性体；4—内封装壳；5—外封装壳。图2是毛细管零件示意3是振动弹性体零件外形示意4是图3的A向剖示图其中7—振动膜片；8—基座；9—膜层。接合附图通过实施例进一步说明本专利技术。现以制作一个动态范围0～10g(重力加速度)，频率范围10～1KHz，温漂＜0.5‰，寿命＞三年的光纤振动传感器为例。第一步制作光纤插针将光纤2剥制出L1长为10mm的一段裸纤，裸纤段尾部的外被覆层段l2为3～5mm成锥体形，使它能与毛细管1相配。第二步制作光纤毛细管毛细管1选用具有热膨胀系数小，介质性能好，易与光纤粘接的陶瓷(ZrO2)、或石英玻璃。毛细管内孔径d1由采用的光纤裸纤的直径而定，一般比裸纤直径大1～2μm，毛细管1的低部是一个锥形孔，其直径d2须满足能容纳光纤外被覆层至裸纤的过渡锥形段，毛细管1包容光纤裸纤的长度l1和锥形孔长度l2，当光纤2插入毛细管1中时，要求填充的粘接剂，(这里采用环氧树脂)能保证粘接牢固，并在高压气体中，保证气体不会从毛细管中渗透。第三步将光纤2插入毛细管1粘接固化后，然后将其毛细管和光纤插针的表面，用光学冷加工磨制成具有一特殊角度的光学斜面，以保证光纤与振动弹性体的振动反射面间的光束耦合(调制)是在线性区域。第四步振动弹性体的制作振动弹性体是选用一整块力学性能优异的本征晶体、利用半导体微细加工技术制作成的可感应外界振动的悬臂振动膜片7和支撑它的基座8(见附图3)，并在悬臂振动膜片内表面进行定位真空镀反射膜层9，使其该振动弹性体成为一个一体化的感外界振动的弹性体。第五步振动弹性体与光纤插针的联接用专用夹具将振动弹性体基座底面与插针毛细管端面粘接、悬臂振动膜的内反射面对准光纤纤芯，构成光纤振动传感器的传感头。第六步封装封装分为内封装和外封装。内封装是为了保证光纤振动传感器的传感头，不被外界气压、液体等渗透、污染，且将上述制作好的光纤振动传感头，置于用石英玻璃制作的内封装壳罩4中，罩中为真空，或填充一定量的保护气体，再利用真空密闭封装技术将石英玻璃4与陶瓷或石英制作的毛细管1插针壁处焊接粘合在一起，形成一个密闭腔。外封装是为了保证光纤振动传感器在实际测试的场合下，便于安装，且将内封装好的光纤振动传感器再置于由聚四氟乙烯或胶木等制作的全介质的外封装罩5中。即构成本专利技术的光纤振动传感器。本专利技术的光纤振动传感器，其特点及优点如下(1)本光纤振动传感器，采用单根光纤收发信号，振动弹性体直接固化在光纤插针表面上，振动弹性体上的振动悬臂膜片的反射面，直接与光纤耦合，为此使该传感器的光学系统简单、稳定可靠；(2)由于振动弹性体是一个整块性能优异的本征晶体，利用了半导体微细加工技术，制作成为一个一体化的感应外界的振动弹性体，为此，使该结构微型化，工作稳定可靠，振动寿命长(经计算，可振动1010次量级)；(3)振动弹性体与光纤插针的联接，采用了专用夹具，不但保证了传感器耦合安装的质量，而且也使操作简便可靠；(4)由于传感器采用了石英玻壳致密性好的内封装和介质材料制成的致密性好的外封装，因此，使其整个传感器具有全介质性、致密性好、耐高温、耐高压、抗强电磁干扰、安全系数大、工作稳定可靠、工作寿命长的优点，同时本专利技术的光纤振动传感器，制作成本低，利于批量生产。权利要求1.一种光纤振动传感器是由毛细管(1)、光纤(2)、振动弹性体(3)、内封装壳(4)和外封装罩(5)构成，其特征在于光纤(2)位于毛细管(1)中，周围用粘接剂粘固，构成光纤插针，带有插针的毛细管的端面，为光学斜面，振动弹性体(3)粘接其上，振动弹性体中的悬臂振动膜(7)的反射面正对光纤的端面，构成传感器头，将整个传感器头置于真空或填充有气体的内封装壳(4)内，形成与外界隔离的传感器，再将它置于外封装罩(5)中。2.根据权项1所述的光纤振动传感器，其特征在于它的振动弹性体是一整块性能优异的本征晶体，制作成具有感应外界振动的悬臂振动膜片(7)和支撑它的基座(8)，形成一个一体化的感应外界振动的弹性体。3.根据权项2所述的光纤振动传感器，其特征在于振动弹性体的悬臂振动膜片(7)内表面镀有反射膜层(9)。4.根据权项1所述的光纤振动传感器，其特征在于内封装壳(4)，采用石英玻璃制作，外封装罩(5)选用聚四氟乙烯或胶木全介质材料制作。全文摘要本专利技术的光纤振动传感器，它是由毛细管、光纤、振动弹性体、内封装壳和外封装置构成。光纤固于毛细管中，可感应外界振动的一体化振动弹性体粘接其上，构成传感器头，将传感器头置于内封装壳中，再置于外封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤振动传感器是由毛细管（１）、光纤（２）、振动弹性体（３）、内封装壳（４）和外封装罩（５）构成，其特征在于光纤（２）位于毛细管（１）中，周围用粘接剂粘固，构成光纤插针，带有插针的毛细管的端面，为光学斜面，振动弹性体（３）粘接其上，振动弹性体中的悬臂振动膜（７）的反射面正对光纤的端面，构成传感器头，将整个传感器头置于真空或填充有气体的内封装壳（４）内，形成与外界隔离的传感器，再将它置于外封装罩（５）中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：楼培德，周东，何放，周波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]