基于單模-多模-單模光纖模間干涉振動、應力傳感裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉振動、應力傳感裝置，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得振動、應力測量值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及傳感器
，尤其涉及一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉振動、應力傳感裝置。
技術介紹
目前在市場上廣泛使用的振動傳感器主要是基于電測法，有壓電效應型、壓阻效應型、電磁感應型等。基于電測法的振動傳感器，具有體積小、重量輕、頻率范圍寬、動態量程大的優點，但同時具有靈敏度低、長期穩定性能差、抗干擾能力差、傳感器的頻率范圍狹窄、不能實現智能化等缺點。市場上廣泛使用的應力傳感器為傳統電阻應變片應力傳感器，其具有精度較高，價格適中的優點，但存在著零漂現象嚴重、易受電磁干擾，耐久性、耐潮濕、耐污染性能差，使用壽命短，不穩定，動態性能差等諸多缺點。與普通機械和電子類傳感器相比較，光纖傳感具有集成度高、體積小、重量輕、抗干擾能力強、成本低廉、靈敏度和精度高、頻帶寬、絕緣性好、可實現分布測量等優點，因此光纖傳感已經成為一個熱門的研究領域。使用光纖傳感可以很好的解決在振動、應力測量中遇到的問題。目前基于光纖傳感的振動、應力傳感器有邁克爾遜(Michelson)干涉型光纖傳感器、馬赫_曾德(Mach-Zehnder)干涉型光纖傳感器、法布里-拍羅(Fabry-Perot)干涉型光纖傳感器、布拉格光柵型(FBG)光纖傳感器。這些傳感器系統結構較為復雜，對光纖和探測器的要求較高，不利于成本的降低。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種結構簡單、價格低廉的振動、應力傳感裝置。為了解決現有技術問題，本專利技術實施例公開了一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉振動、應力傳感裝置，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得振動、應力測量值。進一步，作為優選，所述SMS光纖由G. 652標準單模光纖和50/125階躍型多模光纖構成。進一步，作為優選，所述信號處理器利用對光信號做快速傅里葉變換得到信號頻譜信息，最終得到振動的頻率信息。進一步，作為優選，所述信號處理器利用對光信號進行數據處理得到光信號的幅值變化信息，最終得到應力的變化信息。本專利技術的有益效果使用光纖傳感，使振動、應力傳感器具備了一般光纖傳感的特點，如抗干擾能力強、成本低廉、絕緣性好等，具有了很高的可靠性及穩定性；僅使用SMS光纖中的多模光纖作為傳感部分，使傳感器具有了結構簡單、成本低、安裝方便，能夠進行遠距離檢測的特點；由于使用了 SMS光纖結構，而多模光纖具有可傳導多種模式光的屬性，在多模光纖中多種模式的光發生干涉，從而大大提高了檢測精度；由于該傳感器基于光功率測量，系統探測器采用普通PIN管，大大降低了成本；將激光器和信號采集部分在系統集成箱中，使整個系統結構更為緊湊，體積小；該系統的信號處理部分使用LabVIEW軟件，大大降低了系統的成本。附圖說明當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本專利技術以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本專利技術的一部分，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定，其中圖1為SMS光纖結構示意圖。圖2為該光纖振動、應力傳感裝置示意圖。圖3為該振動、應力傳感裝置測量激振器振動的系統示意圖。圖4為使用圖3所示系統外部施加的激勵頻率與實測頻率的關系曲線圖。圖5為該振動、應力傳感裝置測量音響振動的系統示意圖。圖6為使用圖5所示系統音響播放音頻頻率與實測頻率的關系曲線圖。圖7為該振動、應力及溫度傳感裝置測量懸臂梁振動的系統示意圖。圖8為使用圖7所示系統，懸臂梁長度為36cm，砝碼重量為50g時測得的光功率信號的電壓值隨時間的變化曲線。圖9為圖8所對應的光功率信號的電壓值經快速傅里葉變換(FFT)后得到的頻譜圖。圖10為使用圖7所示系統，砝碼質量為50g時，測得懸臂梁固有頻率與懸臂梁臂長的關系曲線。圖11為使用圖7所不系統,懸臂梁長度為36cm時,測得的施加重量與光功率信號的電壓幅度的關系曲線。圖12為該振動、應力傳感裝置測量應力系統示意圖。圖13為使用圖12所示系統測得的施加應力時光功率信號的電壓值隨時間的變化曲線。具體實施例方式參照圖1-13對本專利技術的實施例進行說明。為使上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。本專利技術是通過下述技術方案加以實現的，該光纖振動、應力傳感器包括，1550nmDFB激光器光源，輸出功率約為lOmw，激光器尾纖連接一段SMS光纖，SMS光纖結構由G. 652標準單模光纖和50/125階躍型多模光纖構成,光纖置于測試環境中，數字信號處理部分由PIN管、數據采集卡和信號處理器(LabVIEW軟件)組成，激光器和信號采集部分在系統集成箱中。本專利技術實現振動、應力測量的原理如下SMS光纖結構由兩段單模光纖和熔接在它們中間的一段多模光纖構成。激光器輸出光經單模光纖耦合進入多模光纖，激勵多模光纖中大量模式傳輸，這些模式相互干涉，在光纖橫截面上形成不同的干涉圖樣，即散斑，輸出端的單模光纖耦合某局部區域的光強輸出。散斑的空間分布形式由激勵條件(單模光纖到多模光纖的耦合)和眾多模式之間的相位差決定，因此，在耦合條件不變的情況下，檢測光功率的變化即可獲得模式之間的相位差的變化，進而解調得到引起相位差變化的外部因素，如振動、應力，從而實現振動、應力的檢測。如圖2所示，一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉振動、應力測量裝置，包括激光器202、SMS光纖、PIN管206、數據采集卡207以及信號處理器208，所述SMS光纖由第一單模光纖103、多模光纖104和第二單模光纖級105聯而成,所述激光器202輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖103，第二單模光纖105與PIN管206輸入連接，PIN管206輸出與數據采集卡207輸入連接，數據采集卡207輸出連接信號處理器208，所述信號處理器208利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得振動、應力測量值。如附圖1所示，激光器輸出光101經第一單模光纖纖芯106耦合進入多模光纖纖芯107,激勵多模光纖中大量模式傳輸,這些模式相互干涉,在光纖橫截面109上形成不同的干涉圖樣110，即散斑，輸出端的第二單模光纖105耦合光纖橫截面109某局部區域的光強輸出。由以上分析知，輸出光強102與多模光纖所處的環境振動、應力有關。SMS光纖的制得步驟首先使用光纖剝線鉗剝除單模光纖和多模光纖的包層及涂覆層，得到一段長度的纖芯，使用光纖熔接機將單模與多模光纖纖芯進行無偏心熔接，其中將多模光纖纖芯一端與入射第一單模光纖連接，另一端與出射第二單模光纖連接，入射第一單模光纖與光源連接，出射第二單模光纖與PIN管連接。圖3為該振動、應力傳感裝置測量激振器振動的系統示意圖。基本工作過程是激光輸出光經第一單模光纖103耦合到多模光纖104，再耦合進第二單模光纖105 ;通過施加外部激勵，使得激振器306以一定的頻率振動，從而使粘貼于激振器上的多模光纖104受激振器振動的影響本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于單模?多模?單模光纖模間干涉振動、應力傳感裝置，其特征在于，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據采集卡以及信號處理器，所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得振動、應力測量值。

【技術特征摘要】
1.一種基于單模-多模-單模光纖模間干涉振動、應力傳感裝置，其特征在于，包括激光器、SMS光纖、PIN管、數據米集卡以及信號處理器,所述SMS光纖由第一單模光纖、多模光纖和第二單模光纖級聯而成，所述激光器輸出連接SMS光纖的一端的第一單模光纖，第二單模光纖與PIN管輸入連接，PIN管輸出與數據采集卡輸入連接，數據采集卡輸出連接信號處理器，所述信號處理器利用SMS光纖輸出光功率攜帶模間相對相位變化信息，獲得振動、應力測量值。2.根據權利要求1所述基于單模-多...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李強，王智，黃澤鋏，徐雅芹，張凌云，史驥，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：