一种用于振动监测的光纤振动传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于振动监测的光纤振动传感器，包括质量块、门字型振动外框、单模光纤、阻尼材料和光纤光栅，所述质量块通过弹簧片固支在门字型振动外框顶梁并悬空于门字型振动外框内部，质量块上部设置有穿过质量块和门字型振动外框的单模光纤，门字型振动外框和质量块两侧壁之间的空隙处设置有阻尼材料和光纤光栅，其中光纤光栅设置在单模光纤上，阻尼材料连接在质量块和门字型振动外框底部。本实用新型专利技术可制作出任意灵敏度和谐振频率的光纤振动传感器，体积小，易于安装，且封装后波长稳定，可任意封装成一维、二维、三维振动传感器。感器。感器。

【技术实现步骤摘要】
一种用于振动监测的光纤振动传感器


[0001]本技术涉及光纤传感器领域，具体是一种用于振动监测的光纤振动传感器。

技术介绍

[0002]对于振动检测的测量，目前常用的检测手段有：机械式测量、电动式测量和光学式测量等。对于机械式测量主要是利用杠杆原理将振动量放大记录，次方法抗干扰能力强，但测量频率范围及动态范围窄、精度低，只适合低频、大幅度测量；对于电动式测量主要是将振动参数转化为电信号，再由电量测试仪表测量，该方法较为成熟，是目前市面上主要的测量手段，但该方式需要做绝缘处理，且受电磁干扰较大；对于光学式测量，主要是将振动参数转化为光学信号进行探测，具有精度高、动态范围大、体积小、重量轻、抗电磁干扰等优势，目前逐渐进入推广应用阶段。对于当前振动监测手段，最常用的还是电动式压电传感器，但是受限于使用寿命短、校准频繁、受电磁干扰大等劣势，目前已逐渐不能满足实际应用的需要。
[0003]光纤传感器的发展至今已有近40年历史，根据传感特性的不同，光纤传感器在大量勘探领域、安全监测领域、工业生产领域、精密器械领域展现出应用潜力，其中部分已逐步开始商业化应用。根据传感原理的不同，光纤振动传感器分为强度调制型、波长调制型、相位调制型等。对于强度调制型光纤传感器主要是通过调制光纤中传输的光强来对外界信号进行测量，优点是信号易于解调，结构较为简单，缺点是灵敏度低、对光源要求高且测量频带窄；波长调制型光纤传感器主要是通过改变传输光纤中波长来实现对外界振动信号的测量，优点是结构简单、易于复用、解调方法简单且成本较低；相位调制型光纤传感器主要是通过调制光纤中传输光的相位信息来实现对外界振动信号的测量，优点是灵敏度和分辨率极高，缺点是解调方式较为复杂、成本较高。综上，波长调制型光纤传感器既能保证产品商用化的成本，又能满足多数领域检测灵敏度的要求，是商用化产品最常采用的方案。
[0004]与此同时，光纤传感器的发展也面临着着如下一些问题：
[0005]（1）光纤传感器受到制作工艺和无源器件发展的制约，暂时还未形成较大的生产规模。
[0006]（2）高性能、高可靠性的光纤传感器在制作成本及工艺上要求比较高，不能大规模被市场所应用，需要不断优化结构和工艺，从而降低生产成本。
[0007]（3）由于检测精度较高，光纤传感器也容易受外界环境变量的干扰，所以光纤传感器的规模发展还受到增敏和去噪的双重压力。
[0008]（4）光纤传感器配套的解调方式同样也是制约其发展的因素之一，寻找解调准确且简单的解调方式至关重要。
[0009]由于多数应用场景都是在恶劣环境下，故光纤传感器稳定的封装也是制约其发展的重要因素。

技术实现思路

[0010]本技术为了解决现有技术的问题，提供了一种用于振动监测的光纤振动传感器，可制作出任意灵敏度和谐振频率的光纤振动传感器，体积小，易于安装，且封装后波长稳定，可任意封装成一维、二维、三维振动传感器。
[0011]本技术提供了一种用于振动监测的光纤振动传感器，包括质量块、门字型振动外框、单模光纤、阻尼材料和光纤光栅，所述质量块通过弹簧片固支在门字型振动外框顶梁并悬空于门字型振动外框内部，质量块上部设置有穿过质量块和门字型振动外框的单模光纤，门字型振动外框和质量块两侧壁之间的空隙处设置有阻尼材料和光纤光栅，其中光纤光栅设置在单模光纤上，阻尼材料连接在质量块和门字型振动外框底部。
[0012]进一步改进，所述质量块左右两侧与门字型振动外框两侧壁之间设置有两个光纤光栅，两个光纤光栅具有不同的波长，在消除温度对传感器影响的同时，也增强了传感器整体的灵敏度。
[0013]进一步改进，所述单模光纤外部涂敷有聚酰亚胺材料，在提高光栅使用温度的同时，也使得单模光纤点胶封装更加稳定。
[0014]进一步改进，所述门字型振动外框顶梁中央开有第一狭缝，质量块顶部部中央开有第二狭缝，弹簧片两端分别插入第一狭缝和第二狭缝之间；所述质量块上部设置有水平穿过质量块的第三狭缝，门字型振动外框外壁设置有与第三狭缝水平的第四狭缝，单模光纤分别穿过第三狭缝和第四狭缝；所述质量块下部外壁设置有第五狭缝，门字型振动外框外壁设置有与第五狭缝水平的第六狭缝，阻尼材料连接第五狭缝和第六狭缝。
[0015]进一步改进，所述第一狭缝、第二狭缝、第三狭缝和第四狭缝内通过胶水固化。
[0016]进一步改进，所述质量块左右两侧与门字型振动外框两侧壁之间设置有两个阻尼材料，两个阻尼材料对称放置，提高光纤光栅的使用寿命的同时，也提高了传感器整体的谐振频率。
[0017]进一步改进，质量块材质和重量可任意选择，弹簧片材质、厚度和长度可任意选择，可根据需求制作出任意谐振频率和灵敏度的光纤传感器。
[0018]本技术是基于光纤光栅原理，通过光栅反射回来波长的变化来解调实时振动信号。其核心思想是：贴装位置受到外界振动因素影响，贴装的振动传感器质量块受惯性力作用产生位移，从而带动固定的光纤光栅拉升和收缩，从而引起反射光波长的变化，通过解调出波长变化即可反演出振动的频率和幅度。弹簧片起到固定梁作用，门字型振动外框起到固定弹簧片和阻尼材料的作用，阻尼材料起到降敏和保护光纤光栅的作用。
[0019]本技术有益效果在于：
[0020]1、质量块质量和材质可选择、弹簧片材质和厚度可选择，光纤光栅放置位置可选择，可制作出任意灵敏度和谐振频率的光纤振动传感器。
[0021]2、设计的传感器体积小，易于安装，且封装后波长稳定，可任意封装成一维、二维、三维振动传感器。
[0022]3、巧妙的设计了传感器温补结构，增强灵敏度的同时消除了温度对传感器的影响。
[0023]4、利用波长变化来测量振动信号，当振动时，质量块由于惯性作用不断摆动，带动两个固定的光栅拉升和压缩，引起光栅周期的变化，从而使得反射的波长不断变化。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0025]图1为本技术门字型光纤振动传感器的正视图。
[0026]图2为本技术门字型光纤振动传感器的点胶工装正视图。
[0027]图3为本技术门字型光纤振动传感器的拉升工装正视图。
[0028]图中，弹簧片1、质量块2、光纤光栅3、单模光纤4、阻尼材料5、门字型振动外框6，第一狭缝7、第二狭缝8、第五狭缝9、第六狭缝10、第三狭缝11、第四狭缝12、夹具13、禁锢栓14、调节旋钮15、光纤拉升平台16、移动平台17、ASE光源18、环形器19、解调模块20、PC终端21、工装外框22、限位条23、紧固条24、螺丝25。
具体实施方式
[0029]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于振动监测的光纤振动传感器，其特征在于：包括质量块、门字型振动外框、单模光纤、阻尼材料和光纤光栅，所述质量块通过弹簧片固支在门字型振动外框顶梁并悬空于门字型振动外框内部，质量块上部设置有穿过质量块和门字型振动外框的单模光纤，门字型振动外框和质量块两侧壁之间的空隙处设置有阻尼材料和光纤光栅，其中光纤光栅设置在单模光纤上，阻尼材料连接在质量块和门字型振动外框底部。2.根据权利要求1所述的用于振动监测的光纤振动传感器，其特征在于：所述质量块左右两侧与门字型振动外框两侧壁之间设置有两个光纤光栅，两个光纤光栅具有不同的波长。3.根据权利要求1所述的用于振动监测的光纤振动传感器，其特征在于：所述单模光纤外部涂敷有聚酰亚胺材料。4.根据权利要求1所述的用于振动监测的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵建伟，周振宇，郝春晓，
申请(专利权)人：南京牧镭激光科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：