[实用新型]基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器。

背景技术

振动普遍存在于人们的日常生活和生产中，随着国民经济的不断发展，当代工程中各种机械系统,如大型发电设备,重型机械,船舶,航空航天设备等,都不断向着高速、高准确度方向发展。为保证设备良好的性能以及可靠的寿命,振动问题已成为必须认真研究和解决的重要课题,振动的测量与分析技术在工程应用和科学测量中占有十分重要的地位。以压电式,电磁式以及半导体式为代表的传统振动传感器以其原理简单、测量准确度高、成本低等优点被广泛应用。但在强电磁干扰或易燃易爆的场合下,基于电信号测量的传统振动传感器难以进行有效测量，因此传统的振动传感器已无法满足现代科学技术发展的需要。

与传统的机械式、电磁式传感器相比光纤传感器具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、适于易燃易爆环境下使用以及便于多点多参量测量等优点。用光纤作为振动测量媒介的机理有很多，如基于光纤端面反射的光纤振动传感器、基于布拉格光纤光栅（FBG）的振动传感器和基于长周期光纤光栅的振动传感器等。然而，基于光纤端面反射的光纤振动传感器由于其检测精度较低，无法应用于高灵敏度的检测领域。而基于布拉格光纤光栅的振动传感器多采用波长调制，检测精度虽然高但是解调设备价格昂贵，不易于普遍推广使用。长周期光纤光栅振动传感器由于其对弯曲等物理量极度敏感，在振动检测过程中极易引入无法预见的干扰，因此对测量条件要求较苛刻。

倾斜光纤光栅是一种新型的光纤光栅结构，其光栅条纹与光纤轴向存在一定角度。这种特殊的光栅结构使它在背向产生许多在包层中传输的的包层模，具有检测灵敏度高，同时由于采用强度调制，可解决温度效应引起交叉敏感问题等其他光纤光栅传感器无法比拟的优点。本实用新型就是利用倾斜光纤光栅包层模的高灵敏性来实现对振动的传感。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、成本低廉、灵敏度高的基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器的技术方案。

所述的基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器，其特征在于包括铒放大自发辐射宽带光源、三端口光循环器、多模光纤、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤、滤波器和光电检测器件，所述的多模光纤的两端分别与标准的单模光纤和刻有倾斜光纤光栅的单模光纤无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的三端口光循环器的a端与铒放大自发辐射宽带光源相连，b端与传感探头相连，c端连接滤波器，滤波器的另一端连接光电检测器件。

所述的基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器，其特征在于所述的多模光纤长度为1- 2 mm，包层直径为125μm，纤芯直径为105μm。

所述的基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器，其特征在于所述的刻有倾斜光纤光栅的单模光纤是刻蚀在普通的标准单模光纤上制成的，栅区长度为2cm，光栅周期为1066μm，光栅条纹与光纤轴线夹角约为3°-7°。

本实用新型与现有技术相比存在如下优点：倾斜光纤光栅的反射回来的包层模通过多模光纤重新耦合进入单模光纤纤芯，从而导致由三端口光环形器的c端口输出的光谱中不仅存在有产生的布拉格谐振峰，还存在倾斜光纤光栅的许多包层模的谐振峰。滤波器过滤掉倾斜光纤光栅的布拉格谐振峰，最终光电检测器件检测到倾斜光纤光栅的包层模的谐振峰光功率，这些包层模对外界的震动很敏感，所以通过分析光电检测器的输出光功率，就可以解调出振动信息。由于采用普通的光电检测器件进行强度直接检测，成本低廉；用于传感部分的光纤传感探头总长仅有不到3cm，相比于其他振动传感器，其结构被大大缩小，因此该器件结构紧凑，体积小，可广泛应用于各种振动监测领域。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步说明：

如图所示，基于MMF-TFBG光纤结构的高灵敏低频振动传感器，包括铒放大自发辐射宽带光源1、三端口光循环器2、多模光纤3、刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4、滤波器5和光电检测器件6，所述的多模光纤3的两端分别与标准的单模光纤和刻有倾斜光纤光栅的单模光纤4无偏心熔接，构成传感装置的传感探头，所述的三端口光循环器2的a端与铒放大自发辐射宽带光源1相连，b端与传感探头相连，c端连接滤波器5，滤波器5的另一端连接光电检测器件6。