一种毛细管封装的微振动光纤传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种毛细管封装的微振动光纤传感器，包括石英毛细管、第一单模光纤和第二单模光纤。其特征在于此两根单模光纤的自由端为剥除了不同长度涂覆层的裸光纤，它们相向地插入内径与单模光纤涂覆层直径相当的石英毛细管中，且在裸光纤自由端端面之间留有一定的间隙。外界振动调制两根单模光纤之间的光耦合效率，从而通过监测该传感器的透射光强，再对此光强信号进行频域变换，即可获得被测振动体的振动频率。该实用新型结构简单、制作方便、成本低廉，并且灵敏度高，可用于微小振动的传感测量。
【专利说明】一种毛细管封装的微振动光纤传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微振动测量的光纤传感器，属于光纤传感测量领域。
【背景技术】
[0002]光纤振动传感器较之传统的电磁式传感器具有不导电、免电磁干扰、高灵敏度等优点，适合于在腐蚀性或爆炸性的环境下工作。目前光纤振动传感器根据其工作原理，可分为基于光纤定向耦合器、光纤干涉仪和光纤布拉格光栅三大类。对于光纤定向耦合型振动传感器，需要特别的光纤拉锥工艺，其制备要求精密的机械控制。对于光纤干涉仪型振动传感器，往往需要应用到复杂的反馈回路锁定其工作点，来保证传感器的稳定性。光纤布拉格光栅型振动传感器存在较强的温度交叉灵敏性，容易受到环境温度的影响，且其制备复杂，需要昂贵的激光器和精密的掩膜设备等，另外，光学滤波器也是光纤布拉格光栅型振动传感器信号解调不可或缺的光学元件。因此，所列的这三大类光纤振动传感器因其制备困难，成本高或控制复杂等特点在实际应用中受到了限制。
[0003]本实用新型的目的在于提供一种毛细管封装的微振动光纤传感器，该传感器由两根自由端部分剥除涂敷层的单模光纤和一根石英毛细管组成。将两根单模光纤相向插入毛细管，且在它们的自由端之间保留一定的微小间隙。其中一根单模光纤具有一段较长的剥除涂敷层的裸光纤，这段裸光纤悬浮于毛细管内空气中充当一个悬臂梁。外界振动引起悬臂梁的上下微振动，从而两根光纤的自由端产生有规律的侧向位移，这进一步调制了两根光纤间的耦合光强。通过测量该传感器的透射光强获得其时域信号，再将之进行傅立叶变换即可得到相应的频域信号。据此频域信号即可解调出微振动的频率。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于解决现有光纤振动传感器存在的制备困难、成本高及控制复杂等技术不足，提供一种结构简单、制备方便、成本低廉且灵敏度高的微振动光纤传感器。
[0005]解决上述问题的技术方案是:一种毛细管封装的微振动光纤传感器，由两根自由端部分剥除涂敷层的单模光纤相向插入一根石英毛细管并封装固定而组成。其中一根单模光纤，称为第一单模光纤，其自由端部分剥除涂敷层的长度较长，约为5?20mm ;另一根单模光纤，称为第二单模光纤，其自由端部分剥除涂敷层的长度较短，约为0.5?2mm。第一单模光纤和第二单模光纤为同类型的普通单模光纤，其涂敷层直径均为240?250 μ m ;剥除涂敷层的部分称为裸光纤，其直径为125 μ m。第一单模光纤和第二单模光纤相向插入石英毛细管，使得第一单模光纤和第二单模光纤的裸光纤部分的自由端端面在石英毛细管内的间隔为20?300 μ m，然后在石英毛细管的两端用胶水分别固定第一单模光纤和第二单模光纤。石英毛细管的内径等于或略大于第一单模光纤和第二单模光纤涂覆层的直径，约为245±5 μ m石英毛细管的总长度大于第一单模光纤和第二单模光纤的裸光纤部分的长度之和，约为30?50mm，且石英毛细管的两端具有内锥孔结构，便于第一单模光纤和第二单模光纤的插入和固定。
[0006]一种毛细管封装的微振动光纤传感器枯贴于被测振动体的表面，传感器两端的第一单模光纤和第二单模光纤的另一端分别与激光源和光电探测器相连，且光电探测器的另一端连接带数据采集系统的计算机。石英毛细管内第一单模光纤的裸光纤部分其直径小于毛细管内径，悬于空气中，且由于长度较大，因此可以看成悬臂梁，在振动的作用下发生弯曲；石英毛细管内第二单模光纤的裸光纤部分虽然直径也小于毛细管内径，但其长度非常短，因此在振动作用下几乎可忽略其弯曲。于是传感器在振动的作用下，毛细管内两根单模光纤的裸光纤自由端发生有规律的侧向位移，从而调制了传感器的透射光强。该光强信号经光电探测器转化为电信号传输给计算机并记录下来。对记录的光强时域信号进行傅里叶变换，得到相应的频域信号。频域信号中振幅最大的频率成分，即为被测振动体的振动频率。
[0007]本实用新型具有以下有益效果:
[0008]1.该毛细管封装的微振动光纤传感器采用普通单模光纤和石英毛细管组成，结构简单，成本低廉。
[0009]2.该毛细管封装的微振动光纤传感器采用的石英毛细管的内径等于或略大于光纤涂覆层的直径，因此将第一单模光纤和第二单模光纤插入毛细管即可实现其自然对齐，无需精密调整仪器，所以该传感器具有制备简单，操作方便的优点。
[0010]3.该毛细管封装的微振动光纤传感器的工作原理是基于光纤间光耦合效率对耦合端侧向位移的高灵敏性，因此该传感器具有很高的灵敏度，适用于微振动的测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面，结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0012]图1为本实用新型的结构示意图。
[0013]I为石英毛细管，2为第一单模光纤，2a为第一单模光纤剥除涂覆层部分的裸光纤，2b为第一单模光纤的涂覆层，3为第二单模光纤，3a为第二单模光纤剥除涂覆层部分的裸光纤，3b为第二单模光纤的涂覆层，4为固定光纤的胶水。
[0014]图2为本实用新型的实施应用系统示意图。
[0015]5为激光源，6为一种毛细管封装的微振动光纤传感器，7为光电探测器，8为计算机。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合本发明的附图，对本发明的具体制备和实施应用进行较详细的说明。
[0017]图1为本实用新型一种毛细管封装的微振动光纤传感器的结构示意图，本实施例包括1.石英毛细管；2.第一单模光纤；2a.第一单模光纤剥除涂覆层部分的裸光纤；2b.第一单模光纤的涂覆层；3.第二单模光纤；3a.第二单模光纤剥除涂覆层部分的裸光纤；3b.第二单模光纤的涂覆层；4.固定光纤的胶水。第一单模光纤2和第二单模光纤3的另一端分别与激光源和光电探测器相连，且光电探测器的另一端连接带数据采集系统的计算机。
[0018]所述的石英毛细管I内径为245±5 μ m，长度为30?50mm，且两端具有内锥孔结构；所述的第一单模光纤2首先用剥线钳剥除涂覆层，用酒精棉球将裸光纤侧面擦拭干净，然后用光纤切割刀切割此光纤，保留剥除涂覆层的裸光纤长度为5?20mm ;所述的第二单模光纤3用同样方法处理，保留剥除涂覆层的裸光纤长度为0.5?2mm。第一单模光纤2和第二单模光纤3相向插入石英毛细管，先将第二单模光纤用胶水在内锥孔部分对其进行固定，调节第一单模光纤插入石英毛细管的深度，在带有数据采集系统的计算机上观察传感器的透射光强变化，当透射光强最大时即为第二单模光纤最佳位置，用胶水在内锥孔部分对其进行固定。此时，石英毛细管内第一单模光纤和第二单模光纤的裸光纤自由端端面间的间隙约为20?300 μ m。
[0019]图2为本实用新型的实施应用系统示意图，本实施例包括5.激光源；6.—种毛细管封装的微振动光纤传感器；7.光电探测器；8.计算机。
[0020]结合图2，介绍具体的工作原理:将一种毛细管封装的微振动光纤传感器粘贴于被测振动体的表面，当来自激光源5的光进入第一单模光纤后，一种毛细管封装的微振动光纤传感器6在振动的作用下，毛细管内两根单模光纤的裸光纤自由端发生有规律的侧向位移，从而调制了传感器的透射光强。该光强信号经光电探测器转化为电信号传输给计算机并记录下来。对记录的光强时域信号进行傅里叶变换，得到相应的频域信号。频域信号中振幅最大的频率成分，即为被测振动体的振动频率。
[0021]应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本实用新型进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本实用新型创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型创造专利的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种毛细管封装的微振动光纤传感器，包括石英毛细管、第一单模光纤和第二单模光纤，其特征在于:第一单模光纤和第二单模光纤为同类型的普通单模光纤，其涂覆层直径均为240?250 μ m,并且第一单模光纤和第二单模光纤相向地插入石英毛细管。
2.如权利要求1所述的一种毛细管封装的微振动光纤传感器，其特征在于:石英毛细管的内径等于或略大于第一单模光纤和第二单模光纤的涂覆层直径，约为245±5 μ m,总长度为30?50mm，且石英毛细管的两端具有内锥孔结构。
3.如权利要求1所述的一种毛细管封装的微振动光纤传感器，其特征在于:所述的第一单模光纤位于毛细管中的自由端被剥除涂覆层的裸光纤长度为5?20mm，第二单模光纤位于毛细管中的自由端被剥除涂覆层的裸光纤长度为0.5?2mm，并且第一单模光纤和第二单模光纤的裸光纤部分的自由端端面在石英毛细管内的间隔为20?300 μ m。
【文档编号】G01H9/00GK203606024SQ201320811621
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】朱婕, 范黎琳, 徐贲 申请人:中国计量学院