一種實現(xiàn)準(zhǔn)分布式振動傳感的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種基于光纖和壓光材料實現(xiàn)準(zhǔn) 分布式振動傳感的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖的出現(xiàn)是傳感技術(shù)領(lǐng)域的一個里程碑，光纖傳感器已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展 不可或缺的一部分。光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，也可以作為光波感知外界環(huán)境的 介質(zhì)。當(dāng)光波在光纖中傳輸時，其特征參量振幅、相位、偏振態(tài)、波長等會因外界因素如溫 度、壓力、應(yīng)變、磁場、電場、位移等值接或間接地發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件探 測物理量。光纖傳感技術(shù)就是利用光纖對某些物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可 以直接測量的信號的技術(shù)。光纖傳感技術(shù)是光學(xué)領(lǐng)域最為重要的傳感技術(shù)之一，已經(jīng)被廣 泛應(yīng)用于石化、建筑、生物、醫(yī)學(xué)、航天、航空、機(jī)械、高鐵、橋梁、國防工業(yè)等領(lǐng)域。
[0003] 利用光纖傳感技術(shù)可以實現(xiàn)振動傳感，目前實現(xiàn)振動傳感的光纖傳感器包括：1、 增敏的光纖布拉格光柵。由于光纖布拉格光柵對振動不敏感，需要特殊的增敏技術(shù)來實現(xiàn) 其對振動的傳感，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。2、光纖FP腔振動傳感器，主要用于單點振動傳感。 3、單頻光纖激光器。采用雙折射摻雜光纖作為雙波長激光器，以拍頻信號獲得振動信息，靈 敏度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。以上所有的光纖振動傳感器都需要探測激光或者泵浦激 光注入到傳感器然后通過探測器獲得振動信號，都屬于有源探測方法，存在成本較高的缺 點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于光纖和壓光材料實現(xiàn)準(zhǔn)分 布式振動傳感的裝置。
[0005] 本實用新型包括單模光纖、第一個高速光電探測器、第二個高速光電探測器和一 個配有高速數(shù)據(jù)采集卡的計算機(jī)，單模光纖的一個端口和第一個高速光電探頭的輸入端口 光纖連接，另一個端口和第二個高速光電探頭的輸入端口光纖連接；第一個高速光電探頭 的輸出端口和計算機(jī)信號連接；第二個高速光電探頭的輸出端口和計算機(jī)信號連接；所述 的單模光纖均勻刻有多個凹陷，凹陷深至纖芯；在每個凹陷內(nèi)注有壓光材料；在注入壓光 材料的地方涂有固化膠。
[0006] 本實用新型主要適用于準(zhǔn)分布式振動傳感，在長度為￡的普通單模光纖上刻制作 了 η個振動傳感點，利用了壓光材料將振動信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過兩個高速光電探頭測 量光信號強(qiáng)弱以及兩個信號到達(dá)時間差來確定振動信號強(qiáng)弱和振動位置，從而實現(xiàn)了準(zhǔn)分 布式振動傳感。本實用新型沒有采用任何激光光源，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0007] 圖Ia為普通單模光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008] 圖Ib為刻凹坑后的普通單模光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖Ic為注入壓光材料后的普通單模光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010] 圖Id為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為本實用新型實施例中兩個高速光電探測器接收到的時域信號。
【具體實施方式】
[0012] 以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0013] 實現(xiàn)準(zhǔn)分布式振動傳感的裝置包括一段長度為￡ (2000米)的普通單模光纖、第一 個高速光電探測器、第二個高速光電探測器和一個配有高速數(shù)據(jù)采集卡的計算機(jī)。
[0014] 具體實現(xiàn)準(zhǔn)分布式振動傳感的方法包括以下步驟：
[0015] (1)選擇一段長度為i (2000米）的普通單模光纖，如圖Ia ;利用成熟的飛秒激光 刻寫加工技術(shù)在普通單模光纖1上刻出一個凹陷2,凹陷底部為普通單模光纖的纖芯，如圖 Ib ;在凹陷內(nèi)注入壓光材料3 (PMN-PT鈮鎂酸鉛晶體和環(huán)氧樹脂粉末復(fù)合材料）；在注入壓 光材料的地方涂上固化膠4,從而固定壓光材料并增強(qiáng)普通單模光纖在凹陷處的機(jī)械強(qiáng)度， 如圖Ic ;這樣在普通單模光纖的凹陷處形成一個振動傳感點，在普通單模光纖的間隔1米 的位置重復(fù)上述步驟，從而形成整個普通單模光纖上總共2000個振動傳感點5。
[0016] (2)選擇工作波長和壓光材料匹配的兩個高速光電探頭和配有高速數(shù)據(jù)采集卡的 一個計算機(jī)；
[0017] (3)將已經(jīng)制作2000個振動傳感點的普通單模光纖的一個端口和第一個高速光 電探頭6的輸入端口光纖連接；將已經(jīng)制作2000個振動傳感點的普通單模光纖的另一個端 口和第二個高速光電探頭7的輸入端口光纖連接；將第一個高速光電探頭的輸出端口和配 有高速數(shù)據(jù)采集卡的計算機(jī)8導(dǎo)線連接；將第二個高速光電探頭的輸出端口和配有高速數(shù) 據(jù)采集卡的計算機(jī)導(dǎo)線連接，如圖Id。
[0018] 當(dāng)位于普通單模光纖長度方向距離原點位置if處的振動傳感點Pi (i=l，2,……， η)收到振動信號時，其對應(yīng)的壓光材料發(fā)出對應(yīng)的光信號傳向兩個高速光電探頭，到達(dá)第 一個高速光電探頭的時間為
[0019] % = Xn^ I c (1)
[0020] 到達(dá)二個高速光電探頭的時間為
[0021 ] = Ci- I c (2)
[0022] 其時間差為
[0023] At= Ct1-I^) = (2X-￡) Meff / C (3)
[0024] 其中，為普通單模光纖的有效折射率，c為真空光速。
[0025] 當(dāng)計算機(jī)通過兩個高速光電探頭獲得時域信號時，根據(jù)公式（3)通過計算時域信 號時間差來確定振動位置，通過時域信號強(qiáng)弱來確定振動信號強(qiáng)弱。因此，完成了準(zhǔn)分布式 振動傳感。
[0026] 圖2給出了兩個高速觀點探測器接收到的時域信號，兩個振動信號時間差為1.45 微秒，考慮到普通單模光纖有效折射率為《 Λ=1.45,根據(jù)公式（3)可以確定振動位置為 if=l 150米，其相對振動強(qiáng)度為0. 6。
[0027] 本實用新型主要利用了近年來發(fā)展起來的分布式光纖傳感技術(shù)，在長度為￡的普 通單模光纖上刻制作了 η個振動傳感點，利用了壓光材料將振動信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過 兩個高速光電探頭測量光信號強(qiáng)弱以及兩個信號到達(dá)時間差來確定振動信號強(qiáng)弱和振動 位置，從而實現(xiàn)了準(zhǔn)分布式振動傳感。本實用新型沒有采用任何激光光源，具有結(jié)構(gòu)簡單、 成本低廉等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1. 一種實現(xiàn)準(zhǔn)分布式振動傳感的裝置，其特征在于：包括單模光纖、第一個高速光電 探測器、第二個高速光電探測器和一個配有高速數(shù)據(jù)采集卡的計算機(jī)，單模光纖的一個端 口和第一個高速光電探頭的輸入端口光纖連接，另一個端口和第二個高速光電探頭的輸入 端口光纖連接；第一個高速光電探頭的輸出端口和計算機(jī)信號連接；第二個高速光電探頭 的輸出端口和計算機(jī)信號連接；所述的單模光纖均勻刻有多個凹陷，凹陷深至纖芯；在每 個凹陷內(nèi)注有壓光材料；在注入壓光材料的地方涂有固化膠。
【專利摘要】本實用新型公開了一種實現(xiàn)準(zhǔn)分布式振動傳感的裝置。本實用新型包括單模光纖、第一個高速光電探測器、第二個高速光電探測器和一個配有高速數(shù)據(jù)采集卡的計算機(jī)，單模光纖的一個端口和第一個高速光電探頭的輸入端口光纖連接，另一個端口和第二個高速光電探頭的輸入端口光纖連接；第一個高速光電探頭的輸出端口和計算機(jī)信號連接；第二個高速光電探頭的輸出端口和計算機(jī)信號連接；所述的單模光纖均勻刻有多個凹陷，凹陷深至纖芯；在每個凹陷內(nèi)注有壓光材料；在注入壓光材料的地方涂有固化膠。本實用新型沒有采用任何激光光源，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點。
【IPC分類】G01H9-00
【公開號】CN204269222
【申請?zhí)枴緾N201420652084
【發(fā)明人】陳達(dá)如, 駱淑君, 彭保進(jìn)
【申請人】浙江師范大學(xué)
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年11月3日