[发明专利]光学传感器设备、传感器装置以及缆线

说明书

本发明涉及包括参考体和至少一个感测换能器的光学传感器设备。感测换能器布置成用于接收输入动作，并且感测换能器相对于参考体可移动地布置以响应所述输入动作相对于参考体移动。设备还包括光纤和包括第一传输臂的一个或多个传输臂。光纤包括内置光纤传感器。光纤利用其第一连接部分连接至所述第一传输臂，并且利用其第二连接部连接至所述第一传输臂的外部元件。第一连接部和第二连接部在内置光纤传感器的两侧上。为了接收输入动作，第一传输臂的基部在其第一部分处与参考体连接，在其第二部分与感测换能器连接。光纤在沿第一传输臂远离基部的位置处连接，从而将由感测换能器接收的输入动作转换成施加于光纤的感测动作，以依据所述输入动作修改光纤中的张力。

技术领域

本发明涉及光学传感器设备，具体涉及应用内置光纤传感器的光学传感器设备。

背景技术

用于各种应用的已知类型的光学传感器包括内置光纤传感器的使用。内置光纤传感器是使用光纤作为传感元件的传感器。在许多应用中，内置光纤传感器被点亮(例如，通过激光器)，并且由于外部原因(取决于传感器的类型)而引起的纤维变化，导致由传感器发送或从传感器接收的光信号的可测量的变化。内置光纤传感器的典型示例是光纤布拉格光栅(FBG)。

FBG包括具有芯的纤维，该芯在一定距离上包括折射率的周期性变化。该周期性变化形成波长特定的介电镜，在介电镜中，某一波长附近和包括某一波长的特定(窄)范围内的光被反射。反射的波长由芯的折射率的周期性确定。FBG所基于的原理为：光纤的应变的差异导致变化的几何周期性发生改变。这导致反射波长的变化，这种变化可被检测(例如，通过光谱分析或使用干涉仪)。

光纤布拉格光栅应用于许多应用中，以用于测量大范围的参数和特性，包括静态参数和动态参数。例如，可通过将施加的外部压力转换为应用至包括FBG的纤维的可变力，来将FBG应用于压力传感器。可用于例如执行地质勘查的另一个应用是在例如用于测量土壤振动的加速度计中应用FBG。这种传感器有利地应用于例如石油和天然气工业中。

对于许多这些应用，需要小尺寸的光学传感器设备，例如以能够在可用于陆地、海上或钻孔中进行勘探和地质勘查的缆线中实现，或者以测量建筑物、桥梁或其他构造中的振动。然而，实现期望的尺寸减小通常是以传感器的灵敏度为代价，并且这种折衷经常是不期望的。此外，灵敏度和大小不是仅关注的特征。特别是对于动态传感器，期望宽动态操作频率范围。该操作频率范围的上限由传感器设备的共振频率确定。即使对于静态传感器，也经常需要对变化的快速并准确的响应。由于这些要求彼此相关，并且满足一个要求通常使设计的另一个要求劣化，因此在光纤设计中符合所有这些要求是复杂的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种易于实现的小尺寸光学传感器设备设计，其在宽操作频率范围内是高度灵敏的。

出于这个目的，本文提供了包括参考体和至少一个感测换能器的光学传感器设备。感测换能器布置成用于接收输入动作，并且感测换能器相对于参考体可移动地布置以响应所述输入动作相对于参考体移动。设备还包括光纤和包括第一传输臂的一个或多个传输臂。光纤包括内置光纤传感器。光纤利用其第一连接部分连接至所述第一传输臂，并且利用其第二连接部连接至所述第一传输臂外部的元件。第一连接部和第二连接部位于内置光纤传感器的两侧上。为了接收输入动作，第一传输臂的基部在其第一部分处与参考体连接，并且在其第二部分与感测换能器连接。光纤连接在沿第一传输臂远离基部的位置处，从而将由感测换能器接收的输入动作转换成施加于光纤的感测动作，以依据所述输入动作修改光纤中的应变。

在这方面，术语“基部”应理解成表示相应传输臂的第一端部，包括横向于穿过传输臂的纵向轴线的端面或多个端面。在沿其长度不具有单个纵向方向的成角度的或弯曲的传输臂情况下，这样的端面或多个端面涉及形成传输臂的闭合面的那些面，并且这样的端面或多个端面不平行于沿传输臂的长度的轴的局部方向。