[发明专利]一种用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明为一种用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器及其使用方法，涉及光纤振动传感器领域。

背景技术

应用动力学参数来评价设备的故障发生情况是在监测领域中经常使用的一种手段，对于实时监测设备的工作状态有积极重要的意义。像电网中的电力变压器，对于其线圈振动参量的测量就是一种有效的监测手段。目前常用的振动测量方式主要采用加速度传感器、位移传感器和压电传感器等。这些传感器虽在技术上已成熟，但传感器内部和周围都需要直接或间接的辅之以相关电路，辅助电路的存在会受到设备电磁环境的干扰，影响传感器的测量准确性甚至使之不能正常工作，而且传统的依靠电信号传输的传感器不可以用于液体介质内部。

近些年，利用光纤光学技术进行振动信号检测方法被广泛关注。报道中主要关注的是Mach-Zehnder型干涉仪振动传感器、Sagnac型干涉仪振动传感器和非本征光纤法珀振动传感器。Mach-Zehnder型干涉仪振动传感器和Sagnac型干涉仪振动传感器都需要有一参考臂引入，增加了传感器安装的难度，容易受到周围环境的影响。非本征光纤法珀振动传感器是依靠一个方向上的膜片耦合进行传感的，对检测信号有方向性的要求，在多方向同时检测的应用环境受到限制。

发明内容

本发明目的是为了解决在电磁干扰严重的环境中，克服Mach-Zehnder干涉仪、Sagnac干涉仪结构复杂性和非本征光纤法珀振动传感器依靠一个方向上的膜片耦合进行传感，对检测信号有方向性的要求，在多方向同时检测的应用环境受到限制的问题而设计一种用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器及其使用方法，本发明的技术方案为：

用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器包括本征型光纤法珀腔、硬聚氯乙烯制成的圆筒振子，本征型光纤法珀腔为一段单模光纤熔接于两段长度相等的光纤布拉格光栅中间，本征型光纤法珀腔沿圆筒振子长度方向整体粘贴于圆筒振子外侧。

用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：利用DFB(分布式反馈)激光器做为光源，通过调节DFB激光器控制系统使DFB激光器输出波长连续变化的窄带光，该组窄带光经过光路耦合器入射到用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器的本征型光纤法珀腔，本征型光纤法珀腔的反射光经光路耦合器入射到光电放大器获得该组窄带光的反射光谱，将反射光谱上峰值与相邻的最低值之间的谱带上曲率半径最大点确定为静态工作点，静态工作点对应的控制电压为静态工作点控制电压；

步骤二：调节控制电压到静态工作点控制电压，使本征型光纤法珀振动传感器工作在静态工作点，将本征型光纤法珀振动传感器置于待测液体环境中，当外界动态振动发生时，圆筒振子耦合各个方向的外界动态振动信号，本征型光纤法珀腔腔长即单模光纤长度将发生周期性变化，导致本征型光纤法珀腔的反射光光强形成周期性变化，反射光经光路耦合器入射到光电放大器输出随外界动态振动信号同步变化的输出信号，输出信号由数据采集卡采集成数字量后传输给计算机，计算机同时对本征型光纤法珀振动传感器实际工作点偏离静态工作点进行校正。

本发明的有益效果是通过将用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器直接放置于待测液体介质中，安装简便，同时利用圆筒振子可以耦合来自不同方向的振动信号，产生随振动信号同步变化的输出信号，实现了在液体介质中对外加激励振动信号的传感测量，可以检测来自传感器不同方向的振动信号，并且整个过程中静态工作点是通过控制实现自动调节的。

附图说明

图1是用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器的结构图；图2是本征型光纤法珀腔沿轴线方向的剖视图；图3是用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器的使用原理图；图4是具体实施方式三中从等距离不同方向施加相同频率激振获得的输出信号示意图；图5是DFB激光器控制系统结构示意图；图6是计算机纠正静态工作点的流程图；图7是具体实施方式六中的反射光谱图；图8是具体实施方式七中法珀腔腔长与反射输出光强对应关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图8说明本发明的具体实施方式：

具体实施方式一

如图1和图2所示，用于液体介质的本征型光纤法珀振动传感器1包括本征型光纤法珀腔2、硬聚氯乙烯制成的圆筒振子3，本征型光纤法珀腔2为一段单模光纤4熔接于两段长度相等的光纤布拉格光栅5中间，本征型光纤法珀腔2沿圆筒振子3长度方向粘贴于圆筒振子3的外圆周表面上。从图2中可以看出单模光纤4与光纤布拉格光栅5的纤芯部分和包层部分熔合到一起。