专利名称：一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，用于测量
物体微弱振动的频率和幅度，属于光纤传感技术领域。
背景技术：
微弱振动的测量在微机电系统、土木建筑、公路桥梁、电力设备、起搏器控制、地震 波、精密隔振平台检测等领域均有广泛应用。例如，通过对设备工作时产生的微弱振动的实 时监测，判断其工作状态是否异常，及时排除故障，避免事故的发生。 传统振动传感器，一般采用电学量进行传感，这类传感器在室外环境中工作可靠 性差，容易受到电磁干扰，且信号不能进行远距离传输。光纤振动传感器相比于传统的振动 传感器，具有良好的电磁绝缘性，结构小巧，质量轻，同时具有良好的耐久性与抗化学侵蚀 能力，因而受到普遍关注。 光纤光栅法布里_珀罗(F-P)腔是在氢载光纤中用紫外光曝光，在纤芯中相隔一 定距离的两处写入两个参数相同的空间相位光栅(又称布拉格光栅)。这样，当满足光栅 反射条件的某个特定波长(被称为布拉格波长)的光信号入射时，会被耦合成反射与透射 光波，从而使得光波在两栅之间形成振荡。利用光纤光栅F-P腔进行物理量感知的基本原 理是温度、应变等物理量的变化会引起两光栅之间所构成的F-P腔的腔长变化，从而引起 F-P腔输出光信号干涉峰的移动。当用窄带光源进行照明时，通过检测反射光光强的变化， 就可以获得相应的温度与应变的信息。 光纤振动传感器中，以光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器的形式居多，该类型的 振动传感器，因结构简单、成本低廉、制作方便等优点受到欢迎。但单FBG振动传感器的最 大缺点就是测量精度有限，对于微弱振动信号的探测能力不足。同时，多数的FBG振动传感 器都是对波长进行解调，而对于大多数的波长解调仪，其最高响应频率仅为几赫兹，无法对 较高频率的振动信息进行测量，且波长解调设备的价格普遍比较昂贵，因而限制了其发展。
发明内容要解决的技术问题 为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种强度解调型光纤光栅法布 里_珀罗腔振动传感器，可通过光纤光栅F-P腔反射回的光信号振幅和频率与被测微弱振 动信号的频率与幅度的对应关系，达到对振动信号感知与测量的目的。 技术方案 本实用新型的技术思想是利用粘贴在悬臂梁结构上的光纤光栅F-P腔，通过探 测由于振动引起的光纤光栅F-P腔反射光强的周期性变化信息，来感测物体的微弱振动信息。 本实用新型的特征在于包括光纤光栅F-P腔1、悬臂梁2、质量块3和支架4 ;光纤 光栅F-P腔1粘贴在悬臂梁2上；悬臂梁2 —端固定在支架4上，另一端连接质量块3 ;所述悬臂梁2为等强度悬臂梁。 所述光纤光栅F-P腔1采用聚合物将其两光纤光栅之间部分粘贴在悬臂梁2上， 而两端的光纤光栅呈自由状态。 有益效果 本实用新型的强度解调型光纤光栅法布里_珀罗腔振动传感器，由于采用了光纤 光栅F-P腔，而光信号在F-P腔中共振而形成干涉峰，会使得探测的精度大大提高。能够同 时实现对微弱振动信号频率与振幅的测量，提高了测量精度，增加了对振动频率的探测范 围，而且通过调整光纤光栅F-P腔的参数和F-P腔的粘贴位置，可以改变该振动传感器的灵 敏度和量程。同时该传感器采用光信号强度解调，精度高，响应快，成本低廉，且结构简单， 安装方便、电磁绝缘性好等。
图1为本实用新型提出的一种强度解调型光纤光栅F-P腔振动传感器结构的侧视 图。 图2为本实用新型提出的一种强度解调型光纤光栅F-P腔振动传感器结构的俯视 图。 其中l-光纤光栅F-P腔、2-悬臂梁、3-质量块、4-支架、a、b-F-P腔粘贴处具体实施方式现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述 参阅附图1和附图2，将光纤光栅F-P腔1的两端粘贴在等强度悬臂梁2上，悬臂 梁2的一端固定于支架4上，另一端固定一质量块3。其中光纤光栅F-P腔的反射率小于 5%。悬臂梁采用长度为60mm，与支架固定的一端宽度为25mm，厚度为2mm的等腰三角形弹 性钢板。质量块采用尺寸为5X5X5mm的铝块。 当传感器置于振动环境中时，质量块3在惯性力作用下产生了相对于支架4的运 动，即在与悬臂梁2相固定的一端产生了作用力矩，悬臂梁2在上述力矩作用下产生挠曲， 进而在其表面产生相应的应变，使粘贴在其表面的光纤光栅F-P腔1产生同步的拉伸或压 縮，造成了光纤光栅F-P腔1反射光信号干涉峰的移动，反应了环境振动情况的振动信号。 测量时，将固定悬臂梁的传感器支架放置在被测物体上，当被测物体发生微小振 动时，悬臂梁随被测物体作受迫振动，而悬臂梁连接质量块的一端，因受惯性力的作用，引 起悬臂梁表面发生周期性的伸縮应变，使得粘贴于悬臂梁表面的光纤光栅F-P腔的腔长发 生周期性变化，从而引起F-P腔反射光信号干涉峰发生相应的移动。这样，当采用窄带光源 时，经光纤光栅F-P腔反射的光信号的强度会发生周期性变化，利用光电探测装置与解调 系统测量光信号强度变化的频率与幅度，即可确定出被测物体振动的频率与幅度，且探测 到的光信号强度幅值与待测物体振动幅度成线性关系，而光信号频率与物体振动频率严格 相等。
权利要求一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，其特征在于包括光纤光栅F-P腔(1)、悬臂梁(2)、质量块(3)和支架(4)；光纤光栅F-P腔(1)粘贴在悬臂梁(2)的中部之上；悬臂梁(2)一端固定在支架(4)上，另一端连接质量块(3)；所述悬臂梁(2)为等强度悬臂梁。
2. 根据权利要求1所述的强度解调型光纤光栅法布里_珀罗腔振动传感器，其特征在 于所述光纤光栅F-P腔(1)采用聚合物将其两光纤光栅之间部分粘贴在悬臂梁(2)上，而 两端的光纤光栅呈自由状态。
专利摘要本实用新型涉及一种强度解调型光纤光栅法布里-珀罗腔振动传感器，技术特征在于光纤光栅F-P腔粘贴在悬臂梁中部位置之上；悬臂梁一端固定在支架上，另一端连接质量块。所述光纤光栅F-P腔1采用聚合物将其两光纤光栅之间部分粘贴在悬臂梁2上，而两端的光纤光栅呈自由状态。本振动传感器，由于采用了光纤光栅F-P腔，而光信号在F-P腔中共振而形成干涉峰，会使得探测的精度大大提高。能够同时实现对微弱振动信号频率与振幅的测量，提高了测量精度，增加了对振动频率的探测范围，而且通过调整光纤光栅F-P腔的参数和F-P腔的粘贴位置，可以改变该振动传感器的灵敏度和量程。
文档编号G01H9/00GK201449289SQ200920034158
公开日2010年5月5日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者姜碧强, 成振龙, 樊帆, 赵建林 申请人:西北工业大学