一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，包括石英毛細(xì)管、第一單模光纖和第二單模光纖。其特征在于此兩根單模光纖的自由端為剝除了不同長度涂覆層的裸光纖，它們相向地插入內(nèi)徑與單模光纖涂覆層直徑相當(dāng)?shù)氖⒚?xì)管中，且在裸光纖自由端端面之間留有一定的間隙。外界振動調(diào)制兩根單模光纖之間的光耦合效率，從而通過監(jiān)測該傳感器的透射光強(qiáng)，再對此光強(qiáng)信號進(jìn)行頻域變換，即可獲得被測振動體的振動頻率。該實用新型結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉，并且靈敏度高，可用于微小振動的傳感測量。
【專利說明】一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種微振動測量的光纖傳感器，屬于光纖傳感測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖振動傳感器較之傳統(tǒng)的電磁式傳感器具有不導(dǎo)電、免電磁干擾、高靈敏度等優(yōu)點，適合于在腐蝕性或爆炸性的環(huán)境下工作。目前光纖振動傳感器根據(jù)其工作原理，可分為基于光纖定向耦合器、光纖干涉儀和光纖布拉格光柵三大類。對于光纖定向耦合型振動傳感器，需要特別的光纖拉錐工藝，其制備要求精密的機(jī)械控制。對于光纖干涉儀型振動傳感器，往往需要應(yīng)用到復(fù)雜的反饋回路鎖定其工作點，來保證傳感器的穩(wěn)定性。光纖布拉格光柵型振動傳感器存在較強(qiáng)的溫度交叉靈敏性，容易受到環(huán)境溫度的影響，且其制備復(fù)雜，需要昂貴的激光器和精密的掩膜設(shè)備等，另外，光學(xué)濾波器也是光纖布拉格光柵型振動傳感器信號解調(diào)不可或缺的光學(xué)元件。因此，所列的這三大類光纖振動傳感器因其制備困難，成本高或控制復(fù)雜等特點在實際應(yīng)用中受到了限制。
[0003]本實用新型的目的在于提供一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，該傳感器由兩根自由端部分剝除涂敷層的單模光纖和一根石英毛細(xì)管組成。將兩根單模光纖相向插入毛細(xì)管，且在它們的自由端之間保留一定的微小間隙。其中一根單模光纖具有一段較長的剝除涂敷層的裸光纖，這段裸光纖懸浮于毛細(xì)管內(nèi)空氣中充當(dāng)一個懸臂梁。外界振動引起懸臂梁的上下微振動，從而兩根光纖的自由端產(chǎn)生有規(guī)律的側(cè)向位移，這進(jìn)一步調(diào)制了兩根光纖間的耦合光強(qiáng)。通過測量該傳感器的透射光強(qiáng)獲得其時域信號，再將之進(jìn)行傅立葉變換即可得到相應(yīng)的頻域信號。據(jù)此頻域信號即可解調(diào)出微振動的頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有光纖振動傳感器存在的制備困難、成本高及控制復(fù)雜等技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制備方便、成本低廉且靈敏度高的微振動光纖傳感器。
[0005]解決上述問題的技術(shù)方案是:一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，由兩根自由端部分剝除涂敷層的單模光纖相向插入一根石英毛細(xì)管并封裝固定而組成。其中一根單模光纖，稱為第一單模光纖，其自由端部分剝除涂敷層的長度較長，約為5?20mm ;另一根單模光纖，稱為第二單模光纖，其自由端部分剝除涂敷層的長度較短，約為0.5?2mm。第一單模光纖和第二單模光纖為同類型的普通單模光纖，其涂敷層直徑均為240?250 μ m ;剝除涂敷層的部分稱為裸光纖，其直徑為125 μ m。第一單模光纖和第二單模光纖相向插入石英毛細(xì)管，使得第一單模光纖和第二單模光纖的裸光纖部分的自由端端面在石英毛細(xì)管內(nèi)的間隔為20?300 μ m，然后在石英毛細(xì)管的兩端用膠水分別固定第一單模光纖和第二單模光纖。石英毛細(xì)管的內(nèi)徑等于或略大于第一單模光纖和第二單模光纖涂覆層的直徑，約為245±5 μ m石英毛細(xì)管的總長度大于第一單模光纖和第二單模光纖的裸光纖部分的長度之和，約為30?50mm，且石英毛細(xì)管的兩端具有內(nèi)錐孔結(jié)構(gòu)，便于第一單模光纖和第二單模光纖的插入和固定。
[0006]一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器枯貼于被測振動體的表面，傳感器兩端的第一單模光纖和第二單模光纖的另一端分別與激光源和光電探測器相連，且光電探測器的另一端連接帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機(jī)。石英毛細(xì)管內(nèi)第一單模光纖的裸光纖部分其直徑小于毛細(xì)管內(nèi)徑，懸于空氣中，且由于長度較大，因此可以看成懸臂梁，在振動的作用下發(fā)生彎曲；石英毛細(xì)管內(nèi)第二單模光纖的裸光纖部分雖然直徑也小于毛細(xì)管內(nèi)徑，但其長度非常短，因此在振動作用下幾乎可忽略其彎曲。于是傳感器在振動的作用下，毛細(xì)管內(nèi)兩根單模光纖的裸光纖自由端發(fā)生有規(guī)律的側(cè)向位移，從而調(diào)制了傳感器的透射光強(qiáng)。該光強(qiáng)信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號傳輸給計算機(jī)并記錄下來。對記錄的光強(qiáng)時域信號進(jìn)行傅里葉變換，得到相應(yīng)的頻域信號。頻域信號中振幅最大的頻率成分，即為被測振動體的振動頻率。
[0007]本實用新型具有以下有益效果:
[0008]1.該毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器采用普通單模光纖和石英毛細(xì)管組成，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
[0009]2.該毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器采用的石英毛細(xì)管的內(nèi)徑等于或略大于光纖涂覆層的直徑，因此將第一單模光纖和第二單模光纖插入毛細(xì)管即可實現(xiàn)其自然對齊，無需精密調(diào)整儀器，所以該傳感器具有制備簡單，操作方便的優(yōu)點。
[0010]3.該毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器的工作原理是基于光纖間光耦合效率對耦合端側(cè)向位移的高靈敏性，因此該傳感器具有很高的靈敏度，適用于微振動的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面，結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0012]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]I為石英毛細(xì)管，2為第一單模光纖，2a為第一單模光纖剝除涂覆層部分的裸光纖，2b為第一單模光纖的涂覆層，3為第二單模光纖，3a為第二單模光纖剝除涂覆層部分的裸光纖，3b為第二單模光纖的涂覆層，4為固定光纖的膠水。
[0014]圖2為本實用新型的實施應(yīng)用系統(tǒng)示意圖。
[0015]5為激光源，6為一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，7為光電探測器，8為計算機(jī)。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的具體制備和實施應(yīng)用進(jìn)行較詳細(xì)的說明。
[0017]圖1為本實用新型一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例包括1.石英毛細(xì)管；2.第一單模光纖；2a.第一單模光纖剝除涂覆層部分的裸光纖；2b.第一單模光纖的涂覆層；3.第二單模光纖；3a.第二單模光纖剝除涂覆層部分的裸光纖；3b.第二單模光纖的涂覆層；4.固定光纖的膠水。第一單模光纖2和第二單模光纖3的另一端分別與激光源和光電探測器相連，且光電探測器的另一端連接帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機(jī)。
[0018]所述的石英毛細(xì)管I內(nèi)徑為245±5 μ m，長度為30?50mm，且兩端具有內(nèi)錐孔結(jié)構(gòu)；所述的第一單模光纖2首先用剝線鉗剝除涂覆層，用酒精棉球?qū)⒙愎饫w側(cè)面擦拭干凈，然后用光纖切割刀切割此光纖，保留剝除涂覆層的裸光纖長度為5?20mm ;所述的第二單模光纖3用同樣方法處理，保留剝除涂覆層的裸光纖長度為0.5?2mm。第一單模光纖2和第二單模光纖3相向插入石英毛細(xì)管，先將第二單模光纖用膠水在內(nèi)錐孔部分對其進(jìn)行固定，調(diào)節(jié)第一單模光纖插入石英毛細(xì)管的深度，在帶有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計算機(jī)上觀察傳感器的透射光強(qiáng)變化，當(dāng)透射光強(qiáng)最大時即為第二單模光纖最佳位置，用膠水在內(nèi)錐孔部分對其進(jìn)行固定。此時，石英毛細(xì)管內(nèi)第一單模光纖和第二單模光纖的裸光纖自由端端面間的間隙約為20?300 μ m。
[0019]圖2為本實用新型的實施應(yīng)用系統(tǒng)示意圖，本實施例包括5.激光源；6.—種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器；7.光電探測器；8.計算機(jī)。
[0020]結(jié)合圖2，介紹具體的工作原理:將一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器粘貼于被測振動體的表面，當(dāng)來自激光源5的光進(jìn)入第一單模光纖后，一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器6在振動的作用下，毛細(xì)管內(nèi)兩根單模光纖的裸光纖自由端發(fā)生有規(guī)律的側(cè)向位移，從而調(diào)制了傳感器的透射光強(qiáng)。該光強(qiáng)信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號傳輸給計算機(jī)并記錄下來。對記錄的光強(qiáng)時域信號進(jìn)行傅里葉變換，得到相應(yīng)的頻域信號。頻域信號中振幅最大的頻率成分，即為被測振動體的振動頻率。
[0021]應(yīng)當(dāng)指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本實用新型，但不以任何方式限制本實用新型。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本實用新型進(jìn)行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本實用新型創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，包括石英毛細(xì)管、第一單模光纖和第二單模光纖，其特征在于:第一單模光纖和第二單模光纖為同類型的普通單模光纖，其涂覆層直徑均為240?250 μ m,并且第一單模光纖和第二單模光纖相向地插入石英毛細(xì)管。
2.如權(quán)利要求1所述的一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，其特征在于:石英毛細(xì)管的內(nèi)徑等于或略大于第一單模光纖和第二單模光纖的涂覆層直徑，約為245±5 μ m,總長度為30?50mm，且石英毛細(xì)管的兩端具有內(nèi)錐孔結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種毛細(xì)管封裝的微振動光纖傳感器，其特征在于:所述的第一單模光纖位于毛細(xì)管中的自由端被剝除涂覆層的裸光纖長度為5?20mm，第二單模光纖位于毛細(xì)管中的自由端被剝除涂覆層的裸光纖長度為0.5?2mm，并且第一單模光纖和第二單模光纖的裸光纖部分的自由端端面在石英毛細(xì)管內(nèi)的間隔為20?300 μ m。
【文檔編號】G01H9/00GK203606024SQ201320811621
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】朱婕, 范黎琳, 徐賁 申請人:中國計量學(xué)院