專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖振動(dòng)傳感器及其制造方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分布式監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)包括整體與局部長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，整體監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)振動(dòng)傳感器/加速度計(jì)測(cè)量結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)加速度而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體的模態(tài)識(shí)別，井根據(jù)結(jié)果達(dá)到結(jié)構(gòu)的安全性檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的目的。目前用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器主要包括壓電式振動(dòng)傳感器和光纖光柵振動(dòng)傳感器。但工程實(shí)際表明，壓電式振動(dòng)傳感器受外界干擾較大，在穩(wěn)定性和耐久性上不能滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需要。而光纖光柵加速度計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)成本高，且頻率響應(yīng)范圍 和靈敏度有限。在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)測(cè)量中，往往需要一種低成本，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)范圍大且靈敏度高的傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖多模干涉的分布式光纖振動(dòng)傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)エ程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)測(cè)量距離長(zhǎng)，靈敏度和精度高，頻率響應(yīng)范圍大，成本低。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器，包括光纖激光器、耦合器、第一光纖光柵、第一光纖傳感器、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第一電信號(hào)放大器、環(huán)形器、第ニ光纖光柵、第二光纖傳感器、第三光電探測(cè)器、第二電信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集卡以及頻譜分析模塊，所述的光源連接耦合器的一個(gè)輸入端ロ，耦合器的另ー輸入端ロ連接第一光纖傳感器的輸入端ロ，第一光纖傳感器的輸出連接第一光電探測(cè)器，I禹合器兩個(gè)輸出端ロ分別連接光纖光柵和第二光電探測(cè)器，第一光纖光柵的另一端ロ連接環(huán)形器的輸入端ロ，環(huán)形器的兩個(gè)輸出端ロ分別連接第二光纖光柵和第二光纖傳感器的輸入端ロ，第二光纖傳感器的輸出端ロ連接第三光電探測(cè)器，第一光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器的輸出分別連接第ー電信號(hào)放大器和第二信號(hào)放大器，第一電信號(hào)放大器和第二信號(hào)放大器的輸出連接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端連接頻譜分析模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有的有益效果是低成本，高靈敏度，頻率響應(yīng)范圍大，能夠?qū)崟r(shí)在線探測(cè)高頻振動(dòng)信號(hào)，且系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性高。


圖I是本發(fā)明ー種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。光源I發(fā)出的寬帶連續(xù)激光進(jìn)入耦合器2，然后分為兩路，一路作為參考光進(jìn)入光電探測(cè)器6，用來(lái)監(jiān)測(cè)光源波動(dòng)，另一路作為傳感光進(jìn)入光纖光柵3。某一波長(zhǎng)的光被光纖光柵3反射，波長(zhǎng)由光纖光柵3的的柵距決定，其余波長(zhǎng)的光透射過(guò)光纖光柵繼續(xù)向前傳播進(jìn)入環(huán)形器8。光纖光柵3的反射光再次通過(guò)耦合器進(jìn)入傳感器4，傳感器4輸出端連接光電探測(cè)器5。其余透射光通過(guò)環(huán)形器8后另一波長(zhǎng)的光被光纖光柵9反射，反射光再次通過(guò)環(huán)形器8進(jìn)入光纖傳感器10，光電探測(cè)器11用來(lái)探測(cè)傳感器10的變化。光電探測(cè)器5和11將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，分別經(jīng)過(guò)電信號(hào)放大器7和12放大，由數(shù)據(jù)采集卡13進(jìn)行采集，最后進(jìn)入頻譜分析模塊14。傳感器4和10是由兩段單模光纖中間熔接一定長(zhǎng)度的多模光纖組成當(dāng)光從單模光纖進(jìn)入多模光纖后，由于光纖纖芯直徑變大，會(huì)產(chǎn)生光的多模干涉，多模干涉的信號(hào)繼續(xù)向前傳輸并再次耦合進(jìn)單模光纖中。當(dāng)多模光纖受カ發(fā)生振動(dòng)后，多模干涉的光信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。光強(qiáng)變化的頻率與振動(dòng)頻率相同，而光強(qiáng)變化幅度則由振動(dòng)幅度決定。光纖光柵3和9的功能是將不同波長(zhǎng)的光分配給不同的傳感器，以達(dá)到分布式傳感的目的，所以圖I中只給出兩個(gè)光纖傳感器的連接方式，當(dāng)需要更多傳感器時(shí)，只需在光柵9后面繼續(xù)串聯(lián)圖I中虛線框所包含的結(jié)構(gòu)。光纖傳感器封裝于ー塊超薄金屬膜片表面上并安裝于結(jié)構(gòu)上形成監(jiān)測(cè)段，當(dāng)監(jiān)測(cè)段以一定頻率發(fā)生振動(dòng)時(shí)，金屬膜片帶動(dòng)光纖傳感器以相同頻率振動(dòng)，引起光信號(hào)強(qiáng)度的·改變。光信號(hào)強(qiáng)度變化的頻率與結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)段振動(dòng)頻率相同，且光強(qiáng)變化幅度則與外界振動(dòng)幅度成正比。為了消除光源本身強(qiáng)度起伏帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，光電探測(cè)器6用來(lái)監(jiān)測(cè)光源本身波動(dòng)，并通過(guò)一定的補(bǔ)償措施，消除光源所帯來(lái)的誤差。
權(quán)利要求
1.一種用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器，其特征在于包括光纖激光器(I)、稱(chēng)合器(2)、第一光纖光柵(3)、第一光纖傳感器(4)、第一光電探測(cè)器(5)、第二光電探測(cè)器(6)、第一電信號(hào)放大器(7)、環(huán)形器(8)、第二光纖光柵(9)、第二光纖傳感器(10)、第三光電探測(cè)器(11)、第二電信號(hào)放大器(12)、數(shù)據(jù)采集卡(13)以及頻譜分析模塊(14)，所述的光源(I )連接稱(chēng)合器(2)的一個(gè)輸入端ロ，稱(chēng)合器(2)的另ー輸入端ロ連接第一光纖傳感器(4)的輸入端ロ，第一光纖傳感器(4)的輸出連接第一光電探測(cè)器(5 ),稱(chēng)合器(2 )兩個(gè)輸出端ロ分別連接光纖光柵(3)和第二光電探測(cè)器(6),第一光纖光柵(3)的另一端ロ連接環(huán)形器(8)的輸入端ロ，環(huán)形器(8)的兩個(gè)輸出端ロ分別連接第二光纖光柵(9)和第二光纖傳感器(10)的輸入端ロ，第二光纖傳感器(10)的輸出端ロ連接第三光電探測(cè)器(11 )，第一光電探測(cè)器(5)和第三光電探測(cè)器(11)的輸出分別連接第一電信號(hào)放大器(7)和第二信號(hào)放大器(12),第一電信號(hào)放大器(7)和第二信號(hào)放大器(12)的輸出連接數(shù)據(jù)米集卡(13)的輸入端，數(shù)據(jù)采集卡(13)的輸出端連接頻譜分析模塊(14)。
2.如權(quán)利要求I所述的用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器，其特征在干所述的第一光纖傳感器(4)和第二光線傳感器(10)分別由兩段單模光纖中間熔接一定長(zhǎng)度的多模光纖組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)的分布式光纖振動(dòng)傳感器，包括光纖激光器、耦合器、第一光纖光柵、第一光纖傳感器、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、第一電信號(hào)放大器、環(huán)形器、第二光纖光柵、第二光纖傳感器、第三光電探測(cè)器、第二電信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集卡以及頻譜分析模塊，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是低成本，高靈敏度，頻率響應(yīng)范圍大，能夠?qū)崟r(shí)在線探測(cè)高頻振動(dòng)信號(hào)，且系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性高。
文檔編號(hào)G02B6/34GK102692268SQ201110069428
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者吳智深, 孫安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)