一种传感单元及振动传感器制造技术

本发明专利技术属于振动探测技术领域，涉及一种传感单元及振动传感器，包括空心光纤；质量块，设置在空心光纤的一端，且与空心光纤固定；第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤，穿设在空心光纤的另一端，第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤靠近质量块的一端的端面平齐，且距离质量块的端面一定距离，第一传输耦合光纤的端面和质量块的端面之间形成第一法布里珀罗腔，第二传输耦合光纤的端面和质量块的端面之间形成第二法布里珀罗腔；壳体，其内穿设有空心光纤，壳体与空心光纤背离质量块的一端的端面固定，且与第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤固定。本发明专利技术具有温度自补偿功能，抗电磁干扰能力好，指向性好，灵敏度高、制作方法简单。灵敏度高、制作方法简单。灵敏度高、制作方法简单。

【技术实现步骤摘要】
一种传感单元及振动传感器


[0001]本专利技术属于振动探测
，具体涉及一种传感单元及振动传感器。

技术介绍

[0002]振动是一种广为人知的物理现象，振动测量已经被广泛的用于材料探伤、机械系统故障诊断、噪声消除、结构件的动态分析等诸多领域。振动传感器大致可分为电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式。电子式振动传感器是利用振动信号调制电学信号进行测量的，因具有高灵敏度、高信噪比、宽频带、工作性能可靠等特点而被广泛应用。但是电子式低频声波传感器也出现了众多问题。首先，比较突出的问题包括电缆负载、连接电缆的共振效应、低频噪音大，稳定性、可靠性较差，不易组网应用等；其次，信号易受外界复杂环境电磁干扰；另外，压电传感器灵敏度低，无法感应微弱声波信号，不能远距离大容量传输；电容性传感器线性响应度差、容易出现温漂、低频测量阻抗匹配难度大。这些问题从本质上都是由压电、电容器件本身电气特性所决定的。
[0003]光纤振动传感技术一个重要优势就是利用光纤直径小、质量轻、耐高温、抗腐蚀、强抗电磁干扰、传输信号损耗小、集传感与传输一体的特性来解决常规电子式传感器难以完全胜任的测量问题，使得其在石油、天然气管道泄漏检测等应用领域中备受青睐。现有光纤振动传感器大致可分为光纤光栅型、光纤模式干涉型、光纤干涉型和法布里珀罗型。光纤光栅型振动传感器便于复用，但灵敏度低、温度串扰大；光纤模式干涉型振动传感器结构紧凑但是制作的成品重复率低；光纤干涉型振动传感器参考臂和传感臂是分离的，灵敏度虽然得到显著提升，但温度、偏振噪声大；法布里珀罗型振动传感器温度串扰小，但灵敏度低。因此，急需一种传感单元，以解决相关领域对振动探测器的稳定性及灵敏度方面提出的更高技术需求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种传感单元及振动传感器，以便解决上述提到的技术问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种传感单元，包括：
[0007]空心光纤；
[0008]质量块，设置在所述空心光纤的一端，且与所述空心光纤固定；
[0009]第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤，穿设在所述空心光纤的另一端，所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤靠近质量块的一端的端面平齐，且距离所述质量块的端面一定距离，所述第一传输耦合光纤的端面和所述质量块的端面之间形成第一法布里珀罗腔，所述第二传输耦合光纤的端面和所述质量块的端面之间形成第二法布里珀罗腔；
[0010]壳体，其内穿设有空心光纤，所述壳体与所述空心光纤背离质量块的一端的端面固定，且与所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤固定。
[0011]优选的，所述质量块靠近空心光纤的一端的端面为垂直平面。
[0012]优选的，所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤是相同的尺寸，且所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤的直径是所述空心光纤的直径的一半。
[0013]优选的，所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤的端面距离所述质量块的端面10μm～2mm。
[0014]优选的，所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤的端面距离所述质量块的端面1mm。
[0015]优选的，所述空心光纤的长度为1cm～10cm。
[0016]一种振动传感器，包括上述的一种传感单元，还包括：
[0017]光源；
[0018]分光器，其输入端与所述光源的输出端光纤连接；
[0019]第一环形器和第二环形器，其第一端口分别与所述分光器的输出端光纤连接，第二端口分别与所述第一传输耦合光纤和第二传输耦合光纤连接；
[0020]第一光电探头和第二光电探头，其输入端分别与所述第一环形器和第二环形器的第三端口光纤连接；
[0021]数据处理单元，与所述第一光电探头和第二光电探头的输出端分别电连接。
[0022]优选的，所述光源是窄带光源。
[0023]本专利技术提供的一种传感单元及振动传感器，利用传感单元中空心光纤和质量块构成的悬臂梁结构感应振动信号，同过两根传输耦合光纤与质量块构成的双法布里珀罗干涉仪测量振动引起的悬臂梁应变变化，振动作用于悬臂梁上时，一个法布里珀罗干涉仪的腔长增加而另一个法布里珀罗干涉仪的腔长减小，将两路干涉仪的输出信号进行差值运算，可以实现振动信号高精度测量。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果：
[0025](1)本专利技术通过传感单元将探测到的振动信号转换为法布里珀罗腔长的变化，相比现有技术里电容式或压电式的振动探测器而言，具有传播损耗小，易于长距离传输，便于复用的特点，尤其具有抗电磁干扰能力强的特点；
[0026](2)本专利技术的空心光纤和第一传输耦合光纤、第二传输耦合光纤具有相同的热膨胀系数，温度变化时两者长度变化一致，短腔长度不会发生明显变化，使得传感器具有温度自补偿能；
[0027](3)本专利技术的两个法布里珀罗干涉仪输出信号进行差值运算，两个干涉仪的共模噪声相互抵消，使得输出信号具有很高的信号比，可达50dB以上；
[0028](4)本专利技术采用长的空心光纤感应悬臂梁应变变化表，利用短的法布里珀罗腔测量应变，应变灵敏度相对于传统的在线式光纤法布里罗干涉仪提高了两个数量级，使得传感器具有很高的灵敏度。
[0029](5)本专利技术的振动方向如图4所示时，两个法布里珀罗干涉仪的腔长变化趋势总是相反的，两路信号做差值计算灵敏度最高；在垂直于纸平面方向时，两个法布里珀罗干涉仪的腔长变化趋势相同，两路信号做差值计算，输出信号相互抵消，此时灵敏度最低为0。不同方向上传感器的灵敏度不同，使得传感器具有很好的指向性。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需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专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，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他的附图。
[0031]图1是本专利技术的传感单元的结构示意图；
[0032]图2是本专利技术的振动传感器的结构示意图；
[0033]图3是本专利技术的信号流程框图；
[0034]图4是本专利技术的传感单元的光路示意图。
[0035]附图标记：
[0036]1、光源；2、分光器；3、第一环形器；4、第二环形器；5、传感单元；6、第一光电探头；7、第二光电探头；8、数据处理单元；9、第一传输耦合光纤；10、第二传输耦合光纤；11、空心光纤；12、质量块；13、壳体；14、固定胶。
具体实施方式
[0037]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案并能予以实施，下面结合附图1到图4、具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0038]实施例1
[0039]本专利技术提供的一种传感单元的结构示意图如图1所示，传感单元5包括空心光纤11，空心光纤11的一端设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感单元，其特征在于，包括：空心光纤(11)；质量块(12)，设置在所述空心光纤(11)的一端，且与所述空心光纤(11)固定；第一传输耦合光纤(9)和第二传输耦合光纤(10)，穿设在所述空心光纤(11)的另一端，所述第一传输耦合光纤(9)和第二传输耦合光纤(10)靠近质量块(12)的一端的端面平齐，且距离所述质量块(12)的端面一定距离，所述第一传输耦合光纤(9)的端面和所述质量块(12)的端面之间形成第一法布里珀罗腔，所述第二传输耦合光纤(10)的端面和所述质量块(12)的端面之间形成第二法布里珀罗腔；壳体(13)，其内穿设有空心光纤(11)，所述壳体(13)与所述空心光纤(11)背离质量块(12)的一端的端面固定，且与所述第一传输耦合光纤(9)和第二传输耦合光纤(10)固定。2.根据权利要求1所述的一种传感单元，其特征在于，所述质量块(12)靠近空心光纤(11)的一端的端面为垂直平面。3.根据权利要求1所述的一种传感单元，其特征在于，所述第一传输耦合光纤(9)和第二传输耦合光纤(10)是相同的尺寸，且所述第一传输耦合光纤(9)和第二传输耦合光纤(10)的直径是所述空心光纤(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘理，汪灏，毛莉莉，劳泽锋，
申请(专利权)人：九江学院，
类型：发明
国别省市：