小直径单模光纤振动传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种小直径单模光纤振动传感器，它包括激光光源、小直径单模光纤、光电转换模块和数据处理模块，所述激光光源的光源信号输出端连接小直径单模光纤的一端，小直径单模光纤的另一端连接光电转换模块的光功率调制信号输入端，所述光电转换模块表征振动的电信号输出端连接数据处理模块的信号输入端；小直径单模光纤具有弯曲部，小直径单模光纤为直径70～110微米的单模光纤。本实用新型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、检测实时性强、信号易于解调等优点，可应用于各种微振动传感场合。合。合。

【技术实现步骤摘要】
小直径单模光纤振动传感器


[0001]本技术涉及振动传感监测
，具体地指一种小直径单模光纤振动传感器。

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，当前基于光纤弯曲损耗效应的振动传感器采用的商用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，基于传统光纤设计的光纤振动传感器不适合高灵敏度弯曲损耗传感。它的损耗曲线平坦，灵敏度不高，无法做到弱信号还原，应用场景受限。

技术实现思路

[0004]本技术的目的就是要提供一种小直径单模光纤振动传感器，本技术具有高灵敏度的弯曲损耗传感特点。
[0005]为实现此目的，本技术所设计的一种小直径单模光纤振动传感器，它包括激光光源、小直径单模光纤、光电转换模块和数据处理模块，所述激光光源的光源信号输出端连接小直径单模光纤的一端，小直径单模光纤的另一端连接光电转换模块的光功率调制信号输入端，所述光电转换模块表征振动的电信号输出端连接数据处理模块的信号输入端；
[0006]所述小直径单模光纤具有弯曲部，小直径单模光纤为直径70～110微米的单模光纤。
[0007]本技术的工作原理为：
[0008]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，这种小直径单模光纤对弯曲的敏感度更高，因此，通过检测小直径单模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。
[0009]本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、检测实时性强、信号易于解调(强度解调无需复杂的解调系统)等优点，可应用于各种微振动传感场合。
附图说明
[0010]图1为本专利技术的结构框图；
[0011]图2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；
[0012]图3为本专利技术用于生命体征弱振动信号检测的波形图；
[0013]图4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；
[0014]其中，1—激光光源、2—小直径单模光纤、3—光电转换模块、4—数据处理模块、5—压棒、6—背板、7—弯曲部。
具体实施方式
[0015]以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细说明：
[0016]如图1所示小直径单模光纤振动传感器，它包括激光光源1、小直径单模光纤2、光电转换模块3和数据处理模块4(嵌入式处理器，例如STM32H743)，所述激光光源1的光源信号输出端连接小直径单模光纤2的一端，小直径单模光纤2的另一端连接光电转换模块3的光功率调制信号输入端，所述光电转换模块3表征振动的电信号输出端连接数据处理模块4的信号输入端，数据处理模块4的信号输出端用于输出还原后的振动波形；
[0017]所述小直径单模光纤2具有弯曲部7，小直径单模光纤2为直径70～110微米的单模光纤，直径小于70微米光很容易泄露，导致光电模块接收不到光信号，大于110微米不能达到很好的检测精度，从后面的实施例可以看出，拉细的光纤探测效果更好。所述小直径单模光纤2的直径大小可以是固定值，也可以是渐变值。
[0018]上述技术方案中，激光光源1用于向小直径单模光纤2输出1550nm的连续光激光信号，贴近小直径单模光纤2的振动引起光纤受到压力发生变化，从而产生对应的光纤弯曲半径改变，小直径单模光纤2中传输的光信号在弯曲部位处损耗而被调制；光电转换模块3通过数模转换的方式将小直径单模光纤2输出的弯曲损耗的光功率调制信号转换为表征该处振动信号的电信号；数据处理模块4通过数字滤波的方式滤除噪声，还原振动波形。
[0019]上述技术方案中，激光光源1可以选用1550nm的DFB激光器，光电转换模块3可以选用PIN光电二极管G8195
‑
11。
[0020]上述技术方案中，所述小直径单模光纤2的纤芯与包层的直径比与普通商业光纤相同，为3～10％。
[0021]上述技术方案中，所述小直径单模光纤2为玻璃单模光纤、塑料单模光纤或光子晶体单模光纤。
[0022]上述技术方案中，所述小直径单模光纤2弯曲部7的弯曲半径为0.3～13毫米，弯曲部7为U形弯曲或圆环弯曲。普通单模光纤的弯曲损耗的弯曲半径都会有一个特殊的临界
值，大于临界值的弯曲半径的弯曲损耗很小，可以忽略不计，而小于临界值弯曲半径的弯曲损耗会明显增大，即弯曲半径过大是不会引起明显的弯曲损耗的，这里设置的范围基本都小于各种光纤弯曲半径的临界值。
[0023]上述技术方案中，压棒5将小直径单模光纤2的弯曲部7压制在背板6上实现弯曲部7的定型。所述压棒5为圆柱形硬质压棒。所述圆柱形硬质压棒的直径为0.4～2mm。由于光纤的柔性，光纤会顺着硬质压棒的圆周弯曲，这样既能达到弯曲的目的，又便于控制弯曲半径(由硬质压棒的半径决定)。由于弯曲损耗传感中的损耗包括两个部分，静态损耗(即光纤弯曲后静置不受环境影响的损耗)和动态损耗(即本技术中所指的振动引起的弯曲损耗)。传感中当然期望动态损耗越大越好，而静态损耗就不需要很大。静态损耗过大反而会降低传感的性能，因此采用硬质压棒弯曲光纤，可以减小弯曲部位的弯曲长度，在增大动态损耗的情况下还能尽量不增加静态损耗，这样更有利于振动传感。
[0024]上述技术方案中，所述小直径单模光纤2的制作方法为将普通通信光纤预制棒在拉丝塔拉制普通光纤(直径125微米)的过程中，继续将光纤拉细，拉丝的直径控制在70～110微米之间，而后覆盖涂覆层形成，在光纤其它参数不变的情况下，只有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小直径单模光纤振动传感器，它包括激光光源(1)、光电转换模块(3)和数据处理模块(4)，其特征在于：它还包括小直径单模光纤(2)，所述激光光源(1)的光源信号输出端连接小直径单模光纤(2)的一端，小直径单模光纤(2)的另一端连接光电转换模块(3)的光功率调制信号输入端，所述光电转换模块(3)表征振动的电信号输出端连接数据处理模块(4)的信号输入端；所述小直径单模光纤(2)具有弯曲部(7)，小直径单模光纤(2)为直径70～110微米的单模光纤。2.根据权利要求1所述的小直径单模光纤振动传感器，其特征在于：所述小直径单模光纤(2)的纤芯与包层的直径比为3～10％。3.根据权利要求1所...

【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：新型
国别省市：