[实用新型]一种基于Sagnac干涉仪的光纤液压增敏型传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于Sagnac干涉仪的光纤液压增敏型传感器，其是由半导体激光器，光隔离器，2*2光纤耦合器，光偏振控制器，参考光纤绕环，光纤液压增敏传感探头，光电探测器和上位机解调系统组成，光纤液压增敏传感探头是液压测量的关键模块。结构中右侧舱内液油压强差变化通过杠杆结构将左侧密封舱相连，对力进行转换增敏，带动左侧运动引起舱内光纤空心敏感柱体压缩，改变了柱体上缠绕光纤的长度及折射率，使光相位发生改变，用光电探测器转化为光强信号，通过上位机解调系统从光强信号中解调出相位变化，进而反演出压强变化。该传感器检测精度高，可以提升对液压检测的灵敏度。

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Sagnac干涉仪的光纤液压增敏型传感器。

背景技术

随着机电液一体化技术的进步和故障诊断技术的提高，人们对液压传感器的测量精度和响应速度的要求也越来越提高。液压传感器在多个领域得到广泛应用如工业安全生产，海洋作业检测，水利水电，石油液位检测及航空航天等领域。其中，液位是控制过程中的参数之一。油罐需要进行油位高度的监测，如果压强过高，会发生爆裂，容易引起火灾等安全隐患；海下压力超过一定范围时，会对水下作业产生一定影响；水库的水位超过堤坝承受的范围时，会发生堤坝崩塌等安全事故；锅炉水压过大会发生爆炸危及人们生命。因此，高精度的液压传感器对于液位的实时检测，安全生产等方面具有十分重要的意义。

自上世纪七十年代以来，光纤传感器技术发展迅速。光纤传感器与其他的传感器相比，具有一系列独特的优点如本征安全、抗电磁辐射、可在高温、高压、高腐蚀、易燃、易爆或有毒的环境条件下长期稳定工作、测量精度高，响应速度快，在众多安全监测领域占据不可取替的地位。光纤干涉技术是光纤传感技术中最为敏感的技术之一，可以对多种物理量的变化进行实时测量，将光纤传感技术应用到液压系统中，具有巨大的潜在价值。

目前国内外也有很多关于光纤液压传感器的研究和报道。J.Srll等人利用Sagnac干涉仪结构构成了传感器，实现了温度和压力的同时测量但灵敏度不够高；全战等人提出一种液压传感器的压力增敏方法，将光纤激光器封装在一种复合结构中将外界液压转化为腔内双折射，但压力响应不够。曾庆良等人研制出了安全型液压多功能传感器动态测试采煤机液压系统的压力、流量和温度于一体，但同样存在灵敏度不高的问题。

发明内容

本实用新型鉴于现有技术的不足，提出了一种基于Sagnac干涉仪的光纤液压增敏型传感器，其结构简单、灵敏度可根据测量求进行适当调节。

本实用新型包括如下内容：

一种基于Sagnac干涉仪的光纤液压增敏型传感器。包括半导体激光器(1)，光隔离器(2)，2*2光纤耦合器(3)，光偏振控制器一(4)，参考光纤绕环(5)，光偏振控制器二(6)，光纤液压增敏传感探头(7),光电探测器(8)，上位机解调系统(9)。半导体激光器(1)发出的光通过光隔离器(2)后进入2*2光纤耦合器(3)，耦合器将光波分成两束沿相反方向传输的波，其中顺时针方向传输的光分别通过环路中的光偏振控制器一(4)、参考光纤绕环(5)、光偏振控制器二(6)和光纤液压增敏传感探头(7)，逆时针的光反向依次通过上述各模块。两束光经过环路后再次到达耦合器(3)相干输出。耦合器的输出端接入光电探测器(8)进行光电转换，光电探测器(8)与上位机解调系统(9)相连。

本实用新型的原理是利用光纤的光弹效应，泊松效应和应变效应。当光纤长度发生变化，纤芯的物理性质变化引起纤芯折射率的改变，最后使光的相位发生变化。利用杠杆原理F₁l₁＝F₂l₂可调节力臂长度实现增敏的效果。另将参考光纤和传感光纤长度相差15％,会产生游标效应，对应的是两个不同周 期的刻度尺，参考光纤相当于标尺，传感光纤对应游尺，利用周期性的滤波特性的谐振峰漂移放大，将游标效应与相位解调联系在一起，实现相位灵敏度的倍增。