本发明专利技术公开了一种光纤弯曲振动传感方法，它包括如下步骤：步骤1：激光光源向变直径光纤输出激光信号；步骤2：振动引起变直径光纤的弯曲部的光纤弯曲半径改变，光纤弯曲半径的改变使变直径光纤中传输的光信号的光功率在弯曲部8处损耗而被调制；步骤3：光电转换模块将变直径光纤输出的弯曲损耗光功率调制信号转换为表征弯曲部8振动的电信号；步骤4：数据处理模块通过数字滤波的方式滤除表征弯曲部振动的电信号的噪声，还原振动波形。本发明专利技术具有较高的光纤弯曲振动传感能力，能适应于更多的振动传感应用场景。动传感应用场景。动传感应用场景。
【技术实现步骤摘要】
光纤弯曲振动传感方法及装置
[0001]本专利技术涉及振动传感监测
，具体地指一种光纤弯曲振动传感方法及装置。
技术介绍
[0002]随着人类科技的飞速发展，各种工程结构、机械结构和地震自然灾害等的监测对分析和解决复杂的振动问题提出了更高的要求，传统的电磁类振动传感器在灵敏度、精度、动态范围、抗电磁干扰等方面已经不能满足应用需求。所以研制和开发新型的更高质量的振动传感器变得格外重要。光纤振动传感器除具有传统电磁类传感器的功能外，还具有抗电磁干扰和原子辐射、灵敏度高、测量速度快、稳定性好等优点，因而，被广泛应用于航空、航天、桥梁、土木建筑等领域。
[0003]从当前的光纤振动传感器来看，大部分高灵敏度光纤振动传感器采用波长解调，系统复杂成本高。基于光纤弯曲损耗效应的振动传感器因其结构简单、成本低、易于实现等，受到了研究者们的关注。其传感原理是：将光纤弯曲到一定曲率时，光纤弯曲部位的全反射条件被破坏，光功率因泄露出光纤而损耗，通过检测光纤的输出光强来检测弯曲部位的振动信号。然而，当前商用的光纤都是基于通信需求而生的，这些光纤大都在设计与生产中采取了一定的措施防止弯曲损耗，这就使得传统的通信光纤不适合高灵敏度弯曲损耗传感。使得其损耗曲线平坦，灵敏度不高，无法做到弱信号还原，其应用场景受限，因此，需求一种灵敏度高的低成本光纤用于制作弯曲振动传感器。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是要提供一种光纤弯曲振动传感方法及装置，本专利技术具有较高的光纤弯曲振动传感能力，能适应于更多的振动传感应用场景。
[0005]为实现此目的，本专利技术所设计的一种光纤弯曲振动传感方法，其特征在于，它包括如下步骤：
[0006]步骤1：激光光源向变直径光纤输出激光信号；
[0007]所述变直径光纤包括光纤振动传感段、第一光纤连接段、第二光纤连接段、第一光纤变直径过渡段和第二光纤变直径过渡段，所述光纤振动传感段的一端通过第一光纤变直径过渡段与第一光纤连接段连为一体，光纤振动传感段的另一端通过第二光纤变直径过渡段与第二光纤连接段连为一体，所述振动传感光纤段具有弯曲部，所述光纤振动传感段的直径小于第一光纤连接段的直径，光纤振动传感段的直径小于第二光纤连接段的直径；
[0008]步骤2：振动引起变直径光纤的弯曲部的光纤弯曲半径改变，光纤弯曲半径的改变使变直径光纤中传输的光信号的光功率在弯曲部 8处损耗而被调制；
[0009]步骤3：光电转换模块将变直径光纤输出的弯曲损耗光功率调制信号转换为表征弯曲部8振动的电信号；
[0010]步骤4：数据处理模块通过数字滤波的方式滤除表征弯曲部振动的电信号的噪声，
还原振动波形。
[0011]本专利技术的工作原理为：
[0012]单模光纤弯曲时，当弯曲半径小于一个定值后，光纤中光传播的全反射条件被破坏，部分光能量开始泄露到包层形成损耗，弯曲损耗随着弯曲半径的变小而增大。弯曲半径越小，弯曲损耗的变化越大。因此，当单模光纤处在较小弯曲半径时，外界振动能引起传感光纤部分弯曲半径微小的变化，而这种微小的弯曲半径变化足以引起较大的弯曲损耗，从光纤中传输的光功率上来看，外界的振动对光功率进行了强度调制。由于普通通信光纤采取了一定措施避免光纤对弯曲敏感，因此，普通通信光纤的弯曲振动传感灵敏度较低。为了提高灵敏度，本专利技术在拉制普通通信光纤的过程中，将光纤进一步拉细作为传感光纤，这种细的单模光纤对弯曲的敏感度更高，因此，通过检测细光纤中光功率的变化即可得知外界振动的信息，实现高灵敏度振动传感。同时，控制细光纤两端的拉丝直径，将光信号传输光纤恢复成普通通信单模光纤(即光纤连接段)，这种对弯曲相对不敏感的光纤段仅用于传输光信号，避免引入传感区域以外的噪声，也便于与前端激光器和后端光电转换单元的耦合。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]1、本专利技术基于光强度解调，解调系统结构简单，成本低，易于实现；
[0015]2、本专利技术采用细光纤作为传感光纤，提高了光纤弯曲振动传感灵敏度；
[0016]3、本专利技术在光纤拉制过程中，将传感光纤部分的两端恢复成弯曲不敏感的普通通信光纤，避免了非传感区域光纤的振动干扰，提高了振动传感的可靠性。
[0017]4、本专利技术采用变直径的方法，在光纤拉丝过程中一次性拉制出不同直径的两段光纤，无需焊接，提高了光纤的适用范围；
[0018]5、本专利技术可以直接使用普通通信光纤的预制棒拉制高灵敏度振动传感光纤，无需特殊设计和工艺，降低了制作成本；
[0019]6、本专利技术振动传感低频特性好，频谱宽，应用范围广泛；
[0020]本专利技术的振动传感装置具有结构简单，易于实现，制造成本低，运行可靠，灵敏度高，实时检测，信号易于解调等优点，可应用于各种微振动传感场合。
附图说明
[0021]图1为本专利技术中传感装置的结构示意图。
[0022]图2为本专利技术变直径光纤结构示意图。
[0023]图3为本专利技术用于生命体征弱振动信号检测床垫结构示意图。
[0024]图4为本专利技术用于生命体征弱振动信号检测的波形图；
[0025]图5为普通直径的单模光纤用于生命体征弱振动信号检测的波形图；
[0026]其中，1—激光光源、2—变直径光纤、2.1—光纤振动传感段、2.2—第一光纤连接段、2.3—第二光纤连接段、2.4—第一光纤变直径过渡段、2.5—第二光纤变直径过渡段、3—光电转换模块、4—数据处理模块、5—压棒、6—背板、7—上位机、8—弯曲部。
具体实施方式
[0027]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0028]如图1和2所示的一种光纤弯曲振动传感方法，它包括如下步骤：
[0029]步骤1：激光光源1向变直径光纤2输出1500～1700nm的连续光激光信号(波长越长，弯曲振动传感的敏感度越高，而当前商用的激光器波长大都集中在1310nm和1550nm附近，本专利技术专利优选了1550nm附近范围的波长)；
[0030]所述变直径光纤2包括光纤振动传感段2.1、第一光纤连接段 2.2、第二光纤连接段2.3、第一光纤变直径过渡段2.4和第二光纤变直径过渡段2.5，所述光纤振动传感段2.1的一端通过第一光纤变直径过渡段2.4与第一光纤连接段2.2连为一体，光纤振动传感段2.1 的另一端通过第二光纤变直径过渡段2.5与第二光纤连接段2.3连为一体，所述振动传感光纤段2.1具有弯曲部8，所述光纤振动传感段2.1的直径小于第一光纤连接段2.2的直径，光纤振动传感段2.1的直径小于第二光纤连接段2.3的直径；
[0031]步骤2：振动引起变直径光纤2的弯曲部8的光纤弯曲半径改变，光纤弯曲半径的改变使变直径光纤2中传输的光信号的光功率在弯曲部8处损耗而被调制(贴近传感光纤的振动引起的光纤受到压力的变化而产生对应的光纤弯曲半径改变，传感光纤中传输的激光信号在宏弯部位处损耗并基于宏弯回音壁效应被调制)；
[0032]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光纤弯曲振动传感方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：激光光源(1)向变直径光纤(2)输出激光信号；所述变直径光纤(2)包括光纤振动传感段(2.1)、第一光纤连接段(2.2)、第二光纤连接段(2.3)、第一光纤变直径过渡段(2.4)和第二光纤变直径过渡段(2.5)，所述光纤振动传感段(2.1)的一端通过第一光纤变直径过渡段(2.4)与第一光纤连接段(2.2)连为一体，光纤振动传感段(2.1)的另一端通过第二光纤变直径过渡段(2.5)与第二光纤连接段(2.3)连为一体，所述振动传感光纤段(2.1)具有弯曲部(8)，所述光纤振动传感段(2.1)的直径小于第一光纤连接段(2.2)的直径，光纤振动传感段(2.1)的直径小于第二光纤连接段(2.3)的直径；步骤2：振动引起变直径光纤(2)的弯曲部(8)的光纤弯曲半径改变，光纤弯曲半径的改变使变直径光纤(2)中传输的光信号的光功率在弯曲部(8)处损耗而被调制；步骤3：光电转换模块(3)将变直径光纤(2)输出的弯曲损耗光功率调制信号转换为表征弯曲部(8)振动的电信号；步骤4：数据处理模块(4)通过数字滤波的方式滤除表征弯曲部振动的电信号的噪声，还原振动波形。2.根据权利要求1所述的光纤弯曲振动传感方法，其特征在于：所述光纤振动传感段(2.1)的直径范围为70～110微米。3.根据权利要求1所述的光纤弯曲振动传感方法，其特征在于：所述第一光纤连接段(2.2)和第二光纤连接段(2.3)的直径相等均为125微米。4.根据权利要求1所述的光纤弯曲振动传感方法，其特征在于：所述变直径光纤(2)由常规商用光纤通过拉制改变拉丝直径形成，其中，在拉制光纤时，通过激光测径监测仪和线径控制电路将拉丝直径控制在商用光纤对应的直径，拉制预设距离，而后通过线径控制电路将拉丝直径改变为光纤振动传感段(2.1)的设计直径，由于拉丝过程中光纤直径无法突变，因此，此时光纤直径会从商用光纤对应的直径逐渐变细过渡到光纤振动传感段(2.1)的设计直径，通过激光测径监测仪记录光纤振动传感段(2.1)设计直径所需的长度，而后通过线径控制电路将拉丝直径恢复为商用光纤对应的直径，此时光纤直径会从振动传感段(2.1)设计直径逐渐变粗过渡到商用光纤对应的直径，继续拉制预设距离完成一段变直径光纤的拉制。5.根据权利要求1所述的光纤弯曲振动传感方法，其特征在于：所述光纤振动传感段(2.1)、第一光纤连...
【专利技术属性】
技术研发人员：李政颖，赵涛，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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