[其他]自振荡光谐振传感器

说明书

本发明涉及以光纤为基础的通信和测量装置的领域，更详细地说，涉及采用沿光纤传输的未调制光作为低电平能源的光激励振荡谐振元件装置和方法。单根光纤将光能载送到一个换能器，在该换能器中将被测量加到一个谐振元件，用干涉测量法结合光动力效应检测和驱动该谐振元件。

随着以光纤为基础的通信和生产过程的控制的优越性日益为人们所周知，各种通过光纤将低电平的光能传输到传感器处以进行规定的测量并将测量信息通过光纤通路送回到控制和测量地点的简单、开销不大、可靠的方法愈来愈受到重视。这类过程控制系统的设计人员所面临的许多问题中包括需要有数量不多的低亮度级光路，和这样一种准确可靠的测量方法，使得所获得的测量信息可借助于光纤信号准确传递。在应用谐振元件传感器时，特别重要的一点是要研制出低功率、高效率的传感器、以便调制可利用的光。其中一个问题是为降低将谐振器驱动到适当的电平所需要的光功率阈值获取光机械环路高增益的问题。

那种受力作用的谐振元件其谐振频率为加到该谐振器的拉力（或压力）的函数的仪器是大家所熟悉的。测力仪即可基于这种关系进行测力，具体作法是令谐振器振动，同时往其上加一个拉力或压力，然后测量量其振动频率;这是迄今公认的事实。这个原理在振动金属丝谐振器的应用，在美国专利4，329，775中有介绍。

为了进行这个篇幅有限的介绍，“过程控制”一词包括涉及大量能表示诸如加速度、流体流量、流率、温度、压力、压差、液面以及它们的等效值和导数等物理参数或“被测量”受控制过程各条件的单变量过程和复合多变量过程。这里使用的“谐振机械结构”、“谐振器”和“谐振元件”等词通常是指梁（空心梁、悬臂梁和悬臂空心梁和双梁元件或其它多梁元件）和带材、金属丝或其它制品，以及它们的同等物，所有这些制品都可在特定振荡频率下使其谐振。具体地说，包括单端和双端式品种的音叉结构以及多叉式音叉结构。

“光纤”、“光学纤维”和“光能”通路或通路装置及其等效术语是指单模或多模光纤通信通路，这些通路可以是由单根或多根玻璃纤维制成的单根光能导体。

这里使用的“光能”、光或光通量包括波长在0.1和100微米之间的电磁辐射能，尤其包括红外、紫外和可见电磁辐射能。为简单计，这类电磁辐射能概括起来而且毫无限制地可以指“光”光通量或光能。这类光能还可以说成是“稳定的”或“连续的”或“未调制的”，以区别于经变换用以传递信息用的光能信号。“光能”一词具体包括相干和非相干光能。

“调制”一词在这里用得很多，它用以表示改变光束的一些特性，使其随另一信号的瞬时值同步变化，在这里可具体用以表示调幅和调频。“未调制的光能”是指在这种意义上未经调制的光能。

“单色的”一词是指由单个波长组成的光能。“准直光”是指具有大致上使其平行于某一线或方向的光线的光能。

“流体”一词包括气体和/或液体。“力”一词用以表示能使一个物体移动或改变其运动的任何物理参数或现象，具体包括作用于单位面积上的力（压力）和任何能转换成压力的参数或现象。

“换能器”一词用以表示将能量从一种形式转换成另一种形式的器件。这里使用的“光电换能器”、“电光换能器”、“光动能换能器”等词具体表示用以将光能转换成电能、电能转换成光能或光能转换成动能用的器件的类别。应该指出的是，在能量转换过程中，可能会出现能量在转换成目的形式中先转换成中间形式的情况。

这里使用的“光热效应”和“光动力效应”二词是指冲击着适当表面或表面涂层的光子引起局部发热，这种发热足以使涂层或衬底局部膨胀，从而产生运动的现象。

本发明涉及一种安置在生产环境中具有能检测诸如压力、压差、力、加速度或温度等欲测定的被测量的结构的自振荡光激励谐振传感器。光能由一个未调制的光能源最好经由光纤传递到传感器处。光能源与检测装置一起安置在例如控制室等远地适当场所，以经由光纤和光纤分路器接收背反射的调制过的光能。就是说，与被测量有关的调制能沿同一根光纤被反射回远地处。