[发明专利]一种增大干涉型光纤传感器灵敏度的机械放大结构

说明书

本发明涉及一种增大干涉型光纤传感器灵敏度的机械放大结构，属于光纤传感技术领域。本发明通过光纤干涉型传感器换能器结构的合理设计，在换能器中引入机械放大结构，将磁致伸缩材料产生的应变经机械放大结构放大和缠绕放大后调制到光纤上，使得光纤干涉仪的光程差变大，从而达到增大干涉型光纤传感器灵敏度的目的。本发明结构简单，广泛适用于Michelson、Mach‑Zehnder型光纤干涉型传感器。

技术领域

本发明涉及一种增大干涉型光纤传感器灵敏度的机械放大结构，属于光纤传感技术领域。

背景技术

干涉型光纤传感器的传感原理是外部信号作用到传感器的传感探测部位，引起干涉信号的相位变化，通过检测光信号相位变化引起的输出效果变化，就能够获得外部信号的相关信息。干涉型光纤传感器广泛应用于温度、应变、磁场的测量，尤其是对微弱信号的测量有着极大的优势。增大干涉型光纤传感器的灵敏度能够有效扩展传感器的应用范围，对干涉型传感器的应用有着重要的意义。干涉型光纤传感器的灵敏度和换能器的设计有着极大的关系，例如，在磁场传感器中，磁场换能器的作用是感知磁场的大小，将磁场的变化转换为光纤长度的变化，从而引起光纤干涉仪相位的变化。

以微弱磁场传感器为例，现有磁场换能器主要有四种典型的结构(Picon,L.L.；Bright,V.M.；Kolesar,E.S.,Detecting low-intensity magnetic fields with aMagnetostrictive fiber optic sensor,In Aerospace and Electronics Conference,NAECON,Proceedings of the IEEE 1994National[C],1994,2,1034-1039.)，它们分别被称为平带型、三明治型、圆柱型和套管型，光纤或被直接粘贴或被埋入刻有槽的磁致伸缩材料的表面。实验发现，在这四种结构中，圆柱型具有最好的性能和最大的磁场响应。在微弱磁场条件下，磁致伸缩材料的磁致伸缩比较小，平带型、三明治型和套管型由于能够附着在磁致伸缩材料上的光纤长度比较短，因此不能有效地参与换能，接收来自磁致伸缩材料的应变，相应光纤中光相位的变化也就不明显。而在圆柱形结构中，光纤呈螺旋状紧密缠绕在附着有磁致伸缩材料的骨架上，能够增加参与换能的光纤的长度，相当于可以有更多的光纤接收磁致伸缩材料传递来的应变，从而提高了换能器的工作效率，从而使得传感器对磁场的响应增大，系统灵敏度得到改善。

圆柱型换能器可以通过增加缠绕光纤的长度来增加传感器的灵敏度，现有的报道(Chen F,Jiang Y,Jiang L.3×3coupler based interferometric magnetic fieldsensor using a TbDyFe rod[J].Applied Optics,2015.)缠绕光纤的长度多为30米左右，要想继续增加传感器的灵敏度，就要增加缠绕光纤的长度，但是随着缠绕光纤长度的增加，缠绕光纤对磁致伸缩材料产生的应力也会增加，这会抑制磁致伸缩材料在磁场中产生的应力，也就是说，通过增加缠绕光纤的长度并不能无限的增加系统的灵敏度。而且，过长的光纤缠绕在换能器上会使得传感器极易受环境因素，空气流动、随机振动、温度漂移等的干扰，这会为传感器信号的解调带来极大的困难。

发明内容

本发明的目的是为了提高现有干涉型光纤传感器的灵敏度，提出的一种增大干涉型光纤传感器灵敏度的机械放大结构。本发明通过光纤干涉型传感器换能器结构的合理设计，在换能器中引入机械放大结构，将磁致伸缩材料产生的应变经机械放大结构放大和缠绕放大后调制到光纤上，使得光纤干涉仪的光程差变大，从而达到增大干涉型光纤传感器灵敏度的目的。

本发明所采用的技术方案如下：

一种增大干涉型光纤传感器灵敏度的机械放大结构，包括：底座1、磁致伸缩棒2、V型薄板3、从动板4和椭圆结构5。

其中，底座1包括左部底座和右部底座两个部分，左部底座和右部底座的两边，通过V型薄板3连接，左部底座和右部底座中间与磁致伸缩棒2连接。