专利名称：光纤光学变换器、光纤光学加速度计以及光纤光学感测系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及光纤光学感测系统领域，并且更具体地，涉及改善的光纤光学变换器、加速度计、干涉仪以及改善的光纤光学感测系统。
背景技术：
光纤光学感测系统广泛用于感测干扰(例如，移动、加速度、声音等)。这样的光纤光学感测系统常常包括用于将干扰转换为光纤中的光的相变的变换器。这样的变换器具有许多不足之处。例如，某些光纤光学感测应用具有空间限制，这限制了某些变换器设计的适用性。而且，使用变换器(和光纤光学感测系统的其它光学元件)的环境会需要从许多传统变换器无法获得或可用的灵敏度和控制性。而且，许多光变换器的操作受到沿着不同移动轴的干扰的不利影响。因此，期望提供改善的光变换器、光纤光学加速度计以及相关的光纤光学感测系统以解决这些或其它问题。
发明内容
根据本发明的示例性实施例，提供一种变换器。该变换器包括配置为紧固到感兴趣主体的固定部分；具有相对于所述固定部分的移动范围的可移动部分；定位在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧；以及缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤。所述一段光纤跨越所述弹簧。所述变换器还包括与所述可移动部分咬合的质量块。 所述变换器可以作为加速度计的一部分。该变换器/加速度计可以包括各种相对于彼此并不相互排斥的附加特征。例如，质量块可以配置为包围所述可移动部分(以及变换器的其它部分)。而且，所述质量块可以容纳加速度计的某些光学元件(例如，反射器、光纤光学耦合器等)。而且，可以由整件材料形成变换器的特定元件(例如，固定部分、可移动部分以及弹簧)。可以将本发明的变换器(以及本发明的加速度计)结合在具有附加光学元件的光纤光学感测系统中。示例性的光纤光学感测系统包括萨尼亚克(Mgnac)干涉仪感测系统、 迈克尔逊(Michelsen)干涉仪感测系统以及法布里珀罗(Fabry Perot)干涉仪感测系统。应该理解，对于本发明的前述概括描述和以下详细描述是示例性的，而非限制性的。
在结合附图阅读时，根据以下详细描述，能够最佳地理解本发明。需要强调的是， 根据惯例，附图的各种特征并非按比例绘出。相反，为了清楚的目的，可将各种特征的尺寸任意地扩大或缩小。在附图中包括图1是根据本发明的示例性实施例的光纤光学加速度计的方框图；图2A-2H是根据本发明的各种示例性实施例的变换器的截面方框图；图2I-2J是根据本发明的示例性实施例的变换器的顶部和底部透视图；图3A是根据本发明的示例性实施例的线性萨尼亚克干涉仪的方框图；图!3B-3C是根据本发明的各种示例性实施例的迈克尔逊干涉仪的方框图；图4A是根据本发明的示例性实施例的多个复用的萨尼亚克干涉仪的方框图；图4B是根据本发明的示例性实施例的多个复用的法布里珀罗干涉仪的方框图；图5是根据本发明的示例性实施例的变换器的分解图；图6A-图6B是图5的变换器的铰接体的顶部图和透视图；图6C示出图6A-6B的铰接体的示例性安装；图7A是根据本发明的示例性实施例的变换器的截面方框图；以及图7B-7C是图7A的变换器的阻尼模式的方框图。
具体实施例方式本发明总体涉及用于感测感兴趣主体的物理干扰(例如，移动、加速度、扰动等) 的变换器、加速度计(即，干涉仪)以及光纤光学感测系统。本领域技术人员应该理解，光纤光学加速度计(有时称作光纤光学传感器或光纤光学干涉仪)是使用光纤光学技术测量感兴趣主体的物理移动的系统的元件。加速度计包括变换器，该变换器将感兴趣主体的物理干扰转换为施加到变换器的一段光纤的应变变化。参照图1，光纤光学加速度计10包括光源20(例如，LED、SLED、激光器等)、传感器 30 (例如，干涉仪)、光接收器60 (例如，诸如光电探测器的光探测器)、用于将来自光源20 的光传输至传感器30的光纤40以及用于将光从传感器30返回至接收器60的光纤50。传感器30包括将机械或物理移动(诸如加速度)转换为光纤中的应变(例如纵向应变)变化的变换器。传感器30还包括用于将应变变化转换为通过光纤40，50的光的相位变化的其它光学元件。图2A-2H示出可以包含在图1的传感器30中的各种变换器。图2A示出包括由弹簧230分离的固定部分/卷筒(mandrel) 205和可移动部分/ 卷筒210的变换器200。光纤150(如卷筒205、210之间的虚线框所示)缠绕固定卷筒200 和可移动卷筒210，其中弹簧230将偏置张力施加到光纤150上(例如，所缠绕的这段光纤 150的示例性张力大约在0. 1-0.4牛顿之间)。若需要，可以使用粘合剂(未图示)(例如环氧树脂、丙烯酸脂粘合剂等)在缠绕部分的端部处将光纤150固定到卷筒205，210上。将质量块220紧固到可移动卷筒210上(例如，使用诸如螺丝的紧固件，使用刚性粘合剂等)。 可替换地，质量块220和可移动卷筒210可以由整件材料形成。卷筒205，210 (和质量块 220)的示例性材料是金属(例如，铝，不锈钢，黄铜等)和塑料(例如，聚碳酸酯)。铰接体 240a, 240b (其提供在固定卷筒205和质量块220之间)将可移动卷筒210的移动范围限制到基本沿着标记为轴“Y”的方向，其中轴“Y”是基本上平行于包围质量块220的内壁部分 220W(和基本平行于连接卷筒205和210的假想线)的单一的线性自由度。在图2A的截面视图中所示的示例性铰接体240a，MOb是功能类似于以下参照图5描述的铰接体210η的圆形铰接体。将固定卷筒205刚性地附接到感兴趣的主体202上，或者可以通过底板或其它结构(未图示)刚性附接到感兴趣202的主体。当感兴趣主体202在空间中经历加速度(或其它物理干扰)时，在固定卷筒205和可移动卷筒210/质量块220之间出现相对移动。该相对移动改变光纤150内的纵向应变。如上所述，当光通过光纤150时，光纤150中纵向应变变化转换为光的相位变化。在图2Α所示的变换器200中(和诸如图2Β-2Ε和图2G-2H所示的那些的各种其它示例性变换器中)，质量块220在可移动部分210的移动范围内的至少一个位置(或每个位置内)内包围固定卷筒205、弹簧230和/或所缠绕的所述一段光纤150中的至少一个。 即，质量块220基本上为圆柱形，其中圆柱形的内侧壁220w围绕(S卩，包围)固定卷筒205、 弹簧230和/或所缠绕的所述一段光纤150中的至少一个。通过采用质量块220包围这样的元件，可以提供各种优点。例如，因为质量块220的包围形状，变换器的单位体积所提供的质量相对较高。而且，包围形状有助于控制质量块220的重心。而且，质量块220的包围形状减少了对于离轴激励的灵敏度。除非另有说明，以上针对图2Α描述的特征和细节也适用于图2Β-2Η中所示的示例性实施例。图2Β示出包括固定卷筒20 ，可移动卷筒210a以及将卷筒20 ，210a分离的弹簧230a的变换器200a。光纤150a缠绕固定卷筒20 和可移动卷筒210a。质量块220a紧固到可移动卷筒210a上，或可替换地，质量块220a和可移动卷筒210a可以由整件材料形成。固定卷筒20 刚性地附接感兴趣主体202a，或可以通过底板等刚性地附接到感兴趣主体20 上。当感兴趣主体20 在空间中经历加速度(或另一物理干扰)时，在固定卷筒 205a和可移动卷筒210a/质量块220a之间出现相对移动。该相对移动改变光纤150a内的纵向应变，其中当光通过光纤150a时，光纤150a中这样的纵向应变转换为光的相位变化。 图2B与图2A的不同之处主要在于元件的特定形状方面；然而，这些元件的功能基本相同。图2C除了所示元件的附图标记的末尾用“b”代替“a”之夕卜，与图2B基本上相似。 图2C与图2B之间的主要不同之处在于，图2C中的弹簧230b是弯曲金属片弹簧(相对于图2B中所示的线圈压缩式弹簧)，该弯曲金属片弹簧也可以提供类似于以上关于图2A中所描述的铰接体MOa，240b的铰接体功能，以及偏置弹簧功能。当然，可以构思其它类型的弹簧构件。如本领域技术人员将理解的，质量块并不必需为如图2A-2C中所示的圆柱形包围质量块，即也可以构思其它的形状。图2D-2E除了所示元件的附图标记的末尾用“c”/ “d” 代替“a”之外，与图2B基本上相似；然而，包围质量块220c和220d的形状在图2D-2E中变化。在图2D中，包围质量块220c具有双锥形(相对于如图2B中的圆柱形)。在图2E中， 包围质量块220d具有球形。与质量块220 —样(结合图2A的以上描述)，根据需要，质量块220c/220d在变换器的可移动部分的移动范围内包围变换器的其它部分(或移动范围内的至少一个位置)。包围质量块的其它示例性形状包括圆锥形、菱形及其它形状。如本领域技术人员将理解的，图2A-2H中所示的每一个变换器可以包含在光干涉仪(也称为“传感器”)中。这样的光干涉计包括光学元件，该光学元件执行包括将通过变换器中的光纤的光的相位变化转换为光强度变化的功能。根据本发明的特定示例性实施例，可以将这些光学元件中的一些提供在紧固到(集成到)可移动卷筒的质量块内。图2F 除了所示元件的附图标记的末尾用“e”代替“a”之外，与图2B基本上相似，并且相对于质量块220a，质量块220e具有不同的形状(以及附加的功能)。质量块220e在变换器终端 (以及在某些实施例中，加速度计的终端)处在可移动卷筒210e的上方延伸。质量块220e 限定出配置为容纳加速度计的至少一个光学元件的体积。可以容纳在质量块220e内的示例性光学元件包括光纤光学耦合器、反射器、光源(例如灯源)、光接收器/探测器、光消偏器、光缆延迟线圈以及相位调制器。如在给定应用中需要的，这些元件和/或附加元件的任何部分可以容纳在质量块220e内。当然，图2F中所示的质量块220e的形状是示意性的， 也可以构思其它形状。而且，尽管质量块220e并非所示为上述的“包围”质量块，本申请可以构思组合容纳光学元件的特征以及包括上述包围特征的质量块。图2G示出变换器200f，其中固定卷筒205f、弹簧230f以及可移动卷筒210f中的每一个由整件材料形成。包围质量块220f可以紧固到可移动卷筒210f上，或者质量块 220f可以与可移动卷筒210f包含在整件材料中。与先前描述的实施例一样，将固定卷筒 205f刚性地附接到感兴趣主体202f上，或可以通过底板等刚性地附接到感兴趣主体202f 上。将一段光纤150f缠绕固定卷筒205f和可移动卷筒210f。另外，变换器200f的功能与关于图2A的以上描述基本上相似。图2H除了所示元件的附图标记的末尾用“g”代替“a”之外，与图2B基本上相似。 图2C与图2B之间的主要不同之处在于，图2H中的弹簧功能由压缩波纹管元件230g提供。 如本领域技术人员公知的，元件230g可以具有中空圆截面，并且可以由一个或多个金属子元件来限定，该元件230g设置为提供弹簧功能，而且产生横向(和/或)的抗扭刚度。图2I-2J是诸如图2A-2H中所示的变换器的顶部和底部透视图，排除了诸如包围质量块220的形状的明显区别。图2A-2H中的每一个均包括缠绕在固定卷筒和可移动卷筒之间的一段光纤(例如一段光纤150，150a, 150b等)；然而，图2A-2H的任一个均未示出进入(或离开)变换器的光纤。即，在图2A-2H中，仅示出了缠绕在固定卷筒和可移动卷筒之间的那部分光纤。图2I-2J示出了进入(和离开)变换器200η的光纤150η。变换器200η 包括紧固到包围质量块220η和可移动卷筒的顶板204η。顶板20 还被紧固到可移动卷筒上(在图2I-2J中不可见)。变换器200η还包括安装板206η、底板208n (例如，保持环) 以及圆形铰接体210η。底板208η用于将圆形铰接体210η紧固到质量块220η上。安装板 206η将圆形铰接体210η的内部区域紧固到固定卷筒(在图2I-2J中不可见)上。安装板 206η还用于通过安装孔212η将变换器200η紧固到感兴趣主体(或紧固到插入结构)上。 结合图5中提供的分解图将在下面描述变换器的附加特征。如上所述，变换器可以被包含作为干涉仪的一部分，其中干涉仪将沿着变换器内的光纤150传播的光的光学相位变化转换为离开该干涉仪的光的光强度变化。可以结合任意多种类型的传感器/干涉仪来利用根据本发明的变换器，并且该变换器可以用在任意多个不同应用中。用于变换器的示例性传感器/应用包括光纤光学感测系统。示例性光纤光学感测系统包括萨尼亚克干涉仪感测系统、迈克尔逊干涉仪感测系统、法布里珀罗干涉仪感测系统以及马赫-曾德尔(Mach-Zender)干涉仪感测系统。图3Α示出包括单个传感器的线性萨尼亚克感测系统，其中这样的萨尼亚克干涉仪因为相对较小的尺寸和较低的成本是期望的。图3B-3C示出每一个均包括单个传感器的迈克尔逊感测系统。图4Α示出包括多个传感器的复用的萨尼亚克感测系统。图4B示出包括多个传感器的复用的法布里珀罗感测系统。具体参照图3A，光纤光学感测系统包括干涉仪300(即传感器300，其是线性萨尼亚克干涉仪)以及光源302和光接收器304。干涉仪300包括用于接收来自光源302的光信号(例如，光)和用于将离开干涉仪300的光信号传输到光接收器304的光耦合器310(例如，3X3光耦合器)。将光耦合器310的第一输出引线310a连接到延迟线圈320的输入引线320a。将延迟线圈320的输出引线320b连接到光耦合器330 (例如，1 X2光纤光学耦合器330)的第一输入引线330a。将光耦合器310的第二输出引线310b连接到消偏器340 的输入引线;340a。光耦合器310的第三输入引线未示出(因为其端部打结或压折，以最小化反射回到光耦合器310的光)。消偏器340允许所有的光学组件和光缆使用廉价的单模光纤而不是昂贵的保偏光纤，来显著减小偏振引起的信号衰减。例如，消偏器340可以是若干市售的消偏器之一，例如再循环耦合器(单级或多级)或利奥(Lyot)消偏器。将消偏器 340的输出引线340b连接到光耦合器330的输入引线330b。光耦合器330的第一输出引线 330c通过光纤150进入变换器200(例如，该变换器可以是本申请中所描述或示出的任意变换器)。将光纤150缠绕(例如，需要的匝数)在固定卷筒和可移动卷筒(上述)之间， 并且光纤150的远端终止于反射器350处(例如，宽带反射器350)。如本领域技术人员将理解的，感兴趣主体的物理干扰将造成光纤150长度的小变化。这些变化造成通过萨尼亚克干涉仪行进的光的相位发生单向(non-reciprocal)变化，并且该干涉仪通过允许在两个相反传播方向行进的光之间发生相干干涉，并在光耦合器330中重新组合，将光的相位变化转换为强度变化。将光的该强度变化传输至光接收器304，其中由连接到光接收器304 的处理器306将这样的强度变化解译为感兴趣主体的移动/加速度/干扰。图!3B-3C示出迈克尔逊干涉仪光纤光学感测系统352，380。在图中所示的系统 352包括在传感器35 处的内部调制，而图:3B中所示的系统380包括外部调制(即，传感器380a的外部)。具体参照图:3B，光源354(例如，激光器)将光信号(激光)传输至光环行器356。 如本领域技术人员将理解的，光环行器356允许将光信号仅从端口 1传送到端口 2，并从端口 2传送到端口 3。由激光器邪4产生的光信号从端口 1行进到端口 2，并且沿着光纤段 360进入引线电缆358。在离开光耦合器362(例如，1X2光耦合器)时，光信号在变换器 200(例如，该变换器可以是本申请中所示或所描述的任意的变换器)和相位调制器376之间分离。如本领域技术人员将理解的，相位调制器376可以包括参考线圈。所分离的光信号通过变换器200内的光纤(包括缠绕的光纤段150)，并通过相位调制器376，并随后在反射器364，366处反射。反射器例如可以是法拉第旋转反射镜。所反射的光信号在光耦合器 362 (相干地)处重新组合，并且沿着引线电缆358内的光纤360传输回到光环行器356的端口 2。重新组合的信号从端口 2行进到光环行器356的端口 3，并且随后行进到光接收器 368(例如，光电探测器或其他光探测器)。该重新组合的信号(该重新组合的信号具有能够与感兴趣主体的干扰相关的光强度变化)在光接收器368处转换为由相位解调器370接收的电子空穴对。相位解调器与处理器372通信，以确定与感兴趣主体的物理干扰有关的所需信息。如本领域技术人员将理解的，相位解调器370可以产生沿着电线374至相位调制器376的相位调制驱动信号(例如，载波电压驱动信号)。即，沿着电线374(例如，双绞铜线374)施加控制相位调制器376的功率。图3C示出将光信号(例如，激光)传输到外部相位调制器384的光源382(例如， 激光器)。离开相位调制器的光信号进入光环行器386的端ロ 1，并且通过端ロ 2离开。来自端ロ 2的光信号进入传感器380a的其中分离光信号的光耦合器388。即，光信号在变换器200 (例如，该变换器可以是本申请中所描述或示出的任意的变换器)和參考线圈378之间分离。分离的光信号通过变换器200内的光纤(包括缠绕的光纤段150)，并且通过參考线圈378，并且随后光信号在反射器390，398处反射。反射器390，398例如可以是法拉第旋转反射镜。所反射的光信号在光耦合器388处相干地重新組合，并且沿着光纤光缆传输回到光环行器386的端ロ 2。重新組合的信号从端ロ 2行进到光环行器386的端ロ 3，并且随后行进到光接收器396(例如，光电探测器或其他光探測器)。该重新組合的信号(该重新組合的信号具有能够与感兴趣主体的干扰相关的光强度变化)在光接收器396处转换为由相位解调器392接收的电子空穴对。相位解调器与处理器394通信，以确定与感兴趣主体的物理干扰有关的所需信息。如本领域技术人员将理解的，相位解调器可以产生沿着电线39 (例如，双绞铜线)至相位调制器384的相位调制驱动信号(例如，载波电压驱动信号)。如上所述，图3A-3C的示例性光纤光学感测系统中的每ー个均包括单个传感器。 当然，例如，常常需要具有多个传感器的光纤光学感测系统，用于在大区域(和/或沿着相对长的长度)内感测干扰。图4A-4B示出包括多个传感器的光纤光学感测系统。具体參照图4A，在光纤光学感测系统400中包括多个线性萨尼亚克干涉仪(例如， 来自图3A的干涉仪300)。系统400包括光源20以及光接收器60。光源20在每个干涉仪 300的上游，采用光耦合器402 (例如，1 X 2抽头耦合器)，以脉冲模式产生光信号，通过光环形器404，以实现时分复用操作，其中在不同的时间在光接收器60处接收来自每个干涉仪 300的返回脉冲。即，抽头耦合器402用于在若干干涉仪/传感器中分离光信号(例如，光源光強度)。光信号是脉冲的，并且来自每个干涉仪300的返回信号在不同的时间，但按它们位置的相应顺序返回到光接收器60。返回信号包括与由每个干涉仪300测量的干扰成比例的強度信号，其中由处理器406处理该信息。图4B示出包括用于产生光信号的TDM(时分复用)询问器410的光纤光学感测系统408。在该示例性配置中，在每个变换器200的每ー侧设置FBG(即，光纤布拉格光柵)。 可以将每个变换器和将其围绕的FBG看作是干涉仪4Ha，414b等。FBG 41 , 412b，412c等中的每ー个用作部分反射器。询问器410(该询问器通常包括光源、相位调制器、光脉冲发生器、光接收器以及相位解调器)启动由FBG 4Ua，412b，412c等中的每ー个部分反射的光信号脉冲。相干地組合FBG 4Ua，412b，412c等中成对反射的光。組合信号以时间順序到达，以使得TDM询问器410 (与处理器416结合)可以确定在每个变换器200处由干扰导致的光强变化。图5是(先前结合图2I-2J所描述的)变换器200η的分解图。图5示出在与顶板20 邻近的相同点进入(和离开)变换器200η的光纤150η。将顶板20 紧固到包围质量块220η。将光纤150η缠绕在可移动卷筒210η和固定卷筒205η之间。将顶板20 紧固到可移动卷筒210η上，并且由此，将包围质量快220η也通过顶板20 紧固到可移动卷筒210η上。将偏置弹簧ぬ此设置在固定卷筒205η和可移动卷筒210η之间。底板208η将圆形铰接体210η紧固到质量快220η。安装板206η将圆形铰接体210η的内部区域安装到固定卷筒205η上。如上所述，安装板206η也可以用于将变换器200η紧固到感兴趣主体上(或固定到插入结构中，未图示)。圆形铰接体210η限制附接到其内部直径(在图5中，将固定卷筒205η配置为附接到铰接体210η内部直径)和其外部直径(在图5中，将质量快220η配置为附接到铰接体210η的外部直径)的对象之间的移动。更具体地，圆形铰接体210η基本上将质量块 220η(紧固到圆形铰接体210η)和固定卷筒205η之间的相对移动限制为基本线性的移动。 这样的线性移动可以沿着以上关于图2Α-2Η所述的“Y”轴。图6Α-6Β示出圆形铰接体210η 的内部直径210nl和外部直径210η2。图6C示出紧固到结构#1的内部直径210nl，和固定到结构#2的外部直径210η2。在某些根据本发明的变换器中，期望提供诸如弹性阻尼、流体阻尼等的“阻尼”。 即，常常期望通过吸收热的形式的能量来减少变换器共振峰值的品质因数。阻尼还可以用于在其共振频率之下増加变换器的灵敏度。图7Α示出变换器200m(除了标记字母“a”已经由标记字母“m”代替之外，大部分相似于图2B中的变换器200a)。变换器200m中的不同之处在于包括弾性剪切阻尼元件2M和弾性压缩阻尼元件226。如图7A所示，阻尼元件 224设置在固定卷筒205m和质量快220m之间。而且，阻尼元件2 设置在质量块220m和感兴趣主体20 !之间。图7B在概念上示出质量块220m和固定卷筒205m之间的剪切阻尼， 而图7C在概念上示出质量块220m和感兴趣主体20 !之间的压缩阻尼。这样的阻尼技术可以应用到本申请中所描述和示出的每ー个变换器。对于本发明的变换器、加速度计以及光纤光学感测系统的示例性应用包括垂直地震剖面法(VSP)、三維子表面映射、微地震监测、机器振动监测、土建结构(例如，水坝、桥梁、河提、建筑物等)监测、隧道探測、周边/边境安全、地震监测、钻孔泄漏探測、路基侵蚀、 铁路基侵蚀，以及其他应用。尽管结合刚性地附接到感兴趣主体的固定卷筒(或通过底板或其它结构刚性地附接到感兴趣主体)来描述本发明的各种示例性变换器，然而本发明并非限于此。例如，不采用这样的刚性附接，固定部分可以是磁化的(或包括磁化部分)，以使得固定部分可以紧固到感兴趣主体，其中感兴趣主体包括铁质材料。尽管參照以上某些具体实施例来描述和说明，然而并不旨在将本发明限制在所示的详细细节中。在一定程度上，在未偏离本发明精神并在权利要求的等同保护范围内可以做出各种修改。
权利要求
1.一种变换器，包括固定部分，配置为紧固到感兴趣主体；可移动部分，具有相对于所述固定部分的移动范围；弹簧，定位在所述固定部分和所述可移动部分之间；缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，所述一段光纤跨越所述弹簧；以及质量块，与所述可移动部分咬合以使得所述质量块包围所述可移动部分。
2.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，还包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分。
4.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述弹簧。
5.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述一段光纤。
6.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的每一个。
7.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分。
9.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内的至少一个位置内，包围所述弹簧。
10.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内的至少一个位置内，包围所述一段光纤。
11.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的每一个。
12.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述弹簧是用于将张力提供给所述一段光纤的偏置弹簧。
13.根据权利要求1所述的变换器，还包括连接在所述质量块和所述固定部分之间的用于将所述可移动部分的所述移动范围限制到单个线性自由度的铰接体。
14.根据权利要求13所述的变换器，其中，所述移动范围沿着与所述质量块的内壁部分基本平行的轴延伸。
15.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块和所述可移动部分一体形成为单件材料。
16.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块和所述可移动部分是附接在一起的分开结构。
17.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块基本为圆柱形。
18.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块基本为球形。
19.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块基本为圆锥形。
20.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块基本为菱形。
21.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述质量块基本为双锥形。
22.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述固定部分包括用于紧固到所述感兴趣主体的磁化部分，并且所述感兴趣主体包括铁质材料。
23.根据权利要求1所述的变换器，其中，所述弹簧包括压缩波纹管元件。
24.一种变换器，包括固定部分，配置为紧固到感兴趣主体； 可移动部分，具有相对于所述固定部分的移动范围； 弹簧，定位在所述固定部分和所述可移动部分之间；以及缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，所述一段光纤跨越所述弹簧，其中，所述固定部分、所述可移动部分以及所述弹簧由整件材料形成。
25.根据权利要求M所述的变换器，还包括与所述可移动部分咬合的质量块，其中所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的至少一个。
26.根据权利要求25所述的变换器，其中，所述质量块由整件材料形成。
27.根据权利要求M所述的变换器，其中，所述整件材料是塑料材料。
28.根据权利要求M所述的变换器，其中，所述整件材料是金属材料。
29.根据权利要求M所述的变换器，其中，所述整件材料是弹簧金属材料。
30.根据权利要求M所述的变换器，其中，所述弹簧是用于将张力提供给所述一段光纤的偏置弹簧。
31.根据权利要求M所述的变换器，还包括连接在所述质量块和所述固定部分之间的用于将所述可移动部分的所述移动范围限制到单个线性自由度的铰接体。
32.根据权利要求31所述的加速度计，其中，所述铰接体由所述整件材料形成。
33.一种加速度计，包括固定部分，配置为紧固到感兴趣主体； 可移动部分，具有相对于所述固定部分的移动范围； 弹簧，定位在所述固定部分和所述可移动部分之间；缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，所述一段光纤跨越所述弹簧；以及质量块，与所述可移动部分咬合以使得所述质量块包围所述可移动部分。
34.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，还包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的至少一个。
35.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分。
36.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述弹簧。
37.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述一段光纤。
38.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的每一个。
39.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的至少一个。
40.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分。
41.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内的至少一个位置内，包围所述弹簧。
42.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内的至少一个位置内，包围所述一段光纤。
43.根据权利要求；33所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤中的每一个。
44.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述弹簧是用于将张力提供给所述一段光纤的偏置弹簧。
45.根据权利要求33所述的加速度计，还包括连接在所述质量块和所述固定部分之间的用于将所述可移动部分的所述移动范围限制到单个线性自由度的铰接体。
46.根据权利要求45所述的加速度计，其中，所述移动范围沿着与所述质量块的内壁部分基本平行的轴延伸。
47.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块和所述可移动部分一体形成为单件材料。
48.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块和所述可移动部分是附接在一起的分开结构。
49.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块基本为圆柱形。
50.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块基本为球形。
51.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块基本为圆锥形。
52.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块基本为菱形。
53.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块基本为双锥形。
54.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述质量块容纳所述加速度计的至少一个光学元件。
55.根据权利要求M所述的加速度计，其中，所述质量块在所述质量块的在所述加速度计的终端处的部分处容纳所述至少一个光学元件。
56.根据权利要求M所述的加速度计，其中，所述至少一个光学元件包括光纤耦合器、 反射器、光源、光探测器、光消偏器、光缆延迟线圈以及相位调制器中的至少一个。
57.根据权利要求M所述的加速度计，其中，所述至少一个光学元件包括光纤耦合器、 反射器、光消偏器以及光缆延迟线圈中的至少一个。
58.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述固定部分包括用于紧固到所述感兴趣主体的磁化部分，并且所述感兴趣主体包括铁质材料。
59.根据权利要求33所述的加速度计，其中，所述弹簧包括压缩波纹管元件。
60.一种加速度计，包括(a)变换器，包括(1)配置为紧固到感兴趣主体的固定部分；( 具有相对于所述固定部分的移动范围的可移动部分；C3)定位在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧； 以及(4)与所述可移动部分咬合的质量块；(b)一段光纤，包括缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的部分，所述部分跨越所述弹簧；(c)沿着所述一段光纤定位的反射器；(d)光源，用于将光信号沿着所述一段光纤传输至所述反射器；(e)光纤耦合器，用于将来自所述光源的所述光信号分离为至少两个分开的光信号，并且用于将所述至少两个分开的光信号重新组合为组合的光信号；(f)光接收器，用于接收所述组合的光信号；其中，所述反射器和所述光纤耦合器中的至少一个容纳在所述质量块内。
61.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述反射器是法拉第旋转镜。
62.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述反射器和所述光纤耦合器中的至少一个容纳在所述变换器的终端的所述质量块的部分内。
63.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块容纳至少一个附加光学元件， 所述至少一个附加光学元件包括所述光源、所述光接收器、光消偏器、光缆延迟线圈以及相位调制器。
64.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块容纳至少一个附加光学元件， 所述至少一个附加光学元件包括光消偏器以及光缆延迟线圈中的至少一个。
65.根据权利要求60所述的加速度计，其中，与所述可移动部分咬合的所述质量块包围所述可移动部分。
66.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤的所述部分中的至少一个。
67.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤的所述部分中的每一个。
68.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤的所述部分中的至少一个。
69.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块在所述可移动部分的整个移动范围内，包围所述固定部分、所述弹簧以及所述一段光纤的所述部分中的每一个。
70.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述弹簧是用于将张力提供给所述一段光纤的所述部分的偏置弹簧。
71.根据权利要求60所述的加速度计，还包括连接在所述质量块和所述固定部分之间的用于将所述可移动部分的所述移动范围限制到单个线性自由度的铰接体。
72.根据权利要求71所述的加速度计，其中，所述移动范围沿着与所述质量块的内壁部分基本平行的轴延伸。
73.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块和所述可移动部分一体形成为单件材料。
74.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块和所述可移动部分是附接在一起的分开结构。
75.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块基本为圆柱形。
76.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块基本为球形。
77.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块基本为圆锥形。
78.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块基本为菱形。
79.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述质量块基本为双锥形。
80.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述固定部分包括用于紧固到所述感兴趣主体的磁化部分，并且所述感兴趣主体包括铁质材料。
81.根据权利要求60所述的加速度计，其中，所述弹簧包括压缩波纹管元件。
82.一种加速度计，包括固定部分，配置为紧固到感兴趣主体； 可移动部分，具有相对于所述固定部分的移动范围； 弹簧，定位在所述固定部分和所述可移动部分之间；以及缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，所述一段光纤跨越所述弹簧；其中，所述固定部分、所述可移动部分以及所述弹簧由整件材料形成。
83.根据权利要求82所述的加速度计，还包括与所述可移动部分咬合的质量块，其中所述质量块在所述可移动部分的所述移动范围内的至少一个位置内，包围所述固定部分、 所述弹簧以及所述一段光纤中的至少一个。
84.根据权利要求83所述的加速度计，其中，所述质量块由所述整件材料形成。
85.根据权利要求83所述的加速度计，其中，所述质量块容纳所述加速度计的至少一个光学元件。
86.根据权利要求85所述的加速度计，其中，所述质量块在所述质量块的在所述加速度计的终端处的部分处容纳所述至少一个光学元件。
87.根据权利要求85所述的加速度计，其中，所述至少一个光学元件包括光纤耦合器、 反射器、光源、光探测器、光消偏器、光缆延迟线圈以及相位调制器中的至少一个。
88.根据权利要求85所述的加速度计，其中，所述至少一个光学元件包括光纤耦合器、 反射器、光消偏器以及光缆延迟线圈中的至少一个。
89.根据权利要求82所述的加速度计，其中，所述整件材料是塑料材料。
90.根据权利要求82所述的加速度计，其中，所述整件材料是金属材料。
91.根据权利要求82所述的加速度计，其中，所述整件材料是弹簧金属材料。
92.根据权利要求82所述的加速度计，其中，所述弹簧是用于将张力提供给所述一段光纤的偏置弹簧。
93.根据权利要求82所述的加速度计，还包括连接在所述质量块和所述固定部分之间的用于将所述可移动部分的所述移动范围限制到单个线性自由度的铰接体。
94.根据权利要求93所述的加速度计，其中，所述铰接体由所述整件材料形成。
95.一种光纤光学感测系统，包括 光源，用于产生光信号；光学元件，用于分离由所述光源产生的所述光信号，并且用于相干地重新组合由所述光学元件接收的光信号；光接收器，用于接收所述光学元件下游的组合的光信号；变换器，包括(1)配置为紧固到感兴趣主体的固定部分；( 具有相对于所述固定部分的移动范围的可移动部分；C3)定位在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧；以及与所述可移动部分咬合的质量块，其中所述质量块包围所述可移动部分；以及光纤，在所述光纤光学感测系统的元件之间延伸，所述光纤包括缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，并且所述一段光纤跨越所述弹簧。
96.根据权利要求95所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是萨尼亚克干涉仪感测系统。
97.根据权利要求95所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是迈克尔逊干涉仪感测系统。
98.根据权利要求95所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是法布里珀罗干涉仪感测系统。
99.一种光纤光学感测系统，包括 光源，用于产生光信号；光学元件，用于分离由所述光源产生的所述光信号，并且用于重新组合由所述光学元件接收的光信号；光接收器，用于接收所述光学元件下游的组合的光信号；变换器，包括(1)配置为紧固到感兴趣主体的固定部分；( 具有相对于所述固定部分的移动范围的可移动部分；C3)定位在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧；以及(4)与所述可移动部分咬合的质量块；光纤光缆，在所述光纤光学感测系统的元件之间延伸，所述光纤光缆包括缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，所述一段光纤跨越所述弹簧；以及沿着所述光纤光学电缆定位的反射器，其中，所述反射器和所述光学元件中的至少一个容纳在所述质量块内。
100.根据权利要求99所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是萨尼亚克干涉仪感测系统。
101.根据权利要求99所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是迈克尔逊干涉仪感测系统。
102.根据权利要求99所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是法布里珀罗干涉仪感测系统。
103.一种光纤光学感测系统，包括 光源，用于产生光信号；光学元件，用于分离由所述光源产生的所述光信号，并且用于重新组合由所述光学元件接收的光信号；光接收器，用于接收所述光学元件下游的组合的光信号；变换器，包括(1)配置为紧固到感兴趣主体的固定部分；( 具有相对于所述固定部分的移动范围的可移动部分；以及C3)定位在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧，其中所述固定部分、所述可移动部分以及所述弹簧由整件材料形成；以及光纤光缆，在所述光纤光学感测系统的元件之间延伸，所述光纤光缆包括缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤，所述一段光纤跨越所述弹簧。
104.根据权利要求103所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是萨尼亚克干涉仪感测系统。
105.根据权利要求103所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是迈克尔逊干涉仪感测系统。
106.根据权利要求103所述的光纤光学感测系统，其中，所述光纤光学感测系统是法布里珀罗干涉仪感测系统。
全文摘要
本发明提供一种光纤光学变换器。该光纤光学变换器包括配置为固定到感兴趣主体的固定部分；具有相对于所述固定部分的移动范围的可移动部分；定位在所述固定部分和所述可移动部分之间的弹簧；以及缠绕在所述固定部分和所述可移动部分之间的一段光纤。所述一段光纤跨越所述弹簧。所述光纤光学变换器还包括与所述可移动部分咬合的质量块。在该变换器的一个公开的方面中，该质量块包围所述可移动部分。
文档编号G01B9/02GK102576035SQ201080047796
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月23日
发明者A·H·谢尔贝特钱, D·T·贝提松, E·L·戈德纳, G·R·贝克, J·K·安德森 申请人:美国地震系统有限公司