專利名稱：雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)類，更具體地說，它涉及一種能自動(dòng)抑制環(huán)境溫度、光源強(qiáng)度變化干擾的用于監(jiān)測聲波的光纖傳感器。
背景技術(shù)：
[0002]空間飛行器、高速列車、大壩、橋梁、核電站、大型原油儲(chǔ)罐等工程結(jié)構(gòu)在運(yùn)行期間，材料缺陷、腐蝕和超期服役等因素造成大量的損傷隱患，對(duì)其工作安全造成了嚴(yán)重威脅。因此，研究新型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控原理與技術(shù)用于工程結(jié)構(gòu)損傷的實(shí)時(shí)檢測和損傷程度的合理評(píng)估，對(duì)于保障工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)行安全、重大災(zāi)害預(yù)報(bào)、合理設(shè)定損傷容限、降低維護(hù)費(fèi)用和延長工程結(jié)構(gòu)工作壽命等方面有著重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。聲發(fā)射現(xiàn)象是進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控診斷的重要依據(jù)。大多數(shù)材料出現(xiàn)形變和裂紋損傷時(shí)都有聲發(fā)射產(chǎn)生。通過接收與分析聲發(fā)射信號(hào)，對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行定量、定性和定位判斷，了解結(jié)構(gòu)的損傷變化、缺陷的活性和嚴(yán)重性，能夠達(dá)到檢測和診斷工程結(jié)構(gòu)損傷的目的。研究能用于工程結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)精確拾取和識(shí)別的傳感器已成為聲發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域急待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 然而，工程結(jié)構(gòu)運(yùn)行的惡劣環(huán)境對(duì)聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的耐受力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。大量工程應(yīng)用實(shí)例證明，濕度和電磁場等環(huán)境因素會(huì)嚴(yán)重影響目前常用的電量式傳感器的檢測精度和長期穩(wěn)定性，不能對(duì)絕大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線健康監(jiān)測。光纖傳感器能滿足在高溫、腐蝕與強(qiáng)電磁干擾等惡劣工作環(huán)境下對(duì)工程結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和損傷評(píng)估的要求， 而且符合現(xiàn)代傳感系統(tǒng)小型化、輕型化、高性能與高可靠性等要求。采用Fabry-Perot腔制作的光纖聲發(fā)射傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、時(shí)間響應(yīng)快、高靈敏度和單光纖信號(hào)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因而受到人們普遍青睞，成為近年來應(yīng)用于聲發(fā)射信號(hào)檢測的光纖傳感器主要類型之一。現(xiàn)有的光纖Fabry-Perot聲發(fā)射傳感器如文獻(xiàn)“用于液體介質(zhì)中局放聲測的非本征光纖法珀傳感器”(趙洪，李敏，王萍萍，張影.《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》，2008，28 (22)，pp. 59 63.)報(bào)道的光纖Fabry-Perot傳感器，該傳感器是基于Fabry-Perot腔制作的，在實(shí)際運(yùn)用中，易受環(huán)境溫度和光源強(qiáng)度變化的影響，造成傳感器工作點(diǎn)偏移線性區(qū)，使得傳感器靈敏度不高，必須采取相應(yīng)補(bǔ)償措施以滿足傳感器的高靈敏度和長期穩(wěn)定性的要求。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型針對(duì)采用Fabry-Perot腔制作的光纖聲發(fā)射傳感器所存在的易受溫度和光源光強(qiáng)變化影響而導(dǎo)致的傳感性能下降問題，提供一種具有新型結(jié)構(gòu)、能有效抑制外界溫度和光源強(qiáng)度變化的干擾的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器。[0004]一種雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，包括用光纖順次連接的2個(gè)激光器、2個(gè)光纖耦合器、光纖傳感探頭、2個(gè)光電探測器和與所述2個(gè)光電探測器電連接的信號(hào)處理單元；所述2個(gè)激光器分別與所述2個(gè)光纖耦合器光纖連接，2個(gè)光纖耦合器分別與光纖傳感探頭、2個(gè)光電探測器光纖連接，2個(gè)光電探測器與信號(hào)處理單元電連接。[0005]所述的激光器為DFB激光器。[0006]所述2個(gè)光電探測器均為PIN光電探測器。[0007]所述2個(gè)光纖耦合器均為1X2單模光纖耦合器，分光比為50%。[0008]所述的光纖傳感探頭由2個(gè)封裝在銅管里的非本征光纖Fabry-Perot腔構(gòu)成， 所述的非本征光纖Fabry-Perot腔由入射光纖、反射光纖及用于固定與準(zhǔn)直入射光纖、反射光纖的石英毛細(xì)管組成，封裝在所述石英毛細(xì)管里的入射光纖與反射光纖之間構(gòu)成空氣腔。[0009]所述石英毛細(xì)管的兩端與所述入射光纖、反射光纖連接處具有熔接形成的2個(gè)焊點(diǎn)ο[0010]所述的入射光纖與反射光纖為2段端部拋光的單模光纖，端面反射率約為4%。[0011]所述的石英毛細(xì)管與所述入射光纖、反射光纖的2個(gè)焊點(diǎn)間距為1cm。[0012]所述的連接光纖為單模石英光纖。[0013]本實(shí)用新型采用了傳感器工作點(diǎn)的雙探頭補(bǔ)償技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)[0014]1、本實(shí)用新型提出一種具有新型結(jié)構(gòu)的光纖聲發(fā)射傳感器設(shè)計(jì)方法，能消除外界環(huán)境溫度和光源強(qiáng)度變化產(chǎn)生的擾動(dòng)，有效解決光纖Fabry-Perot傳感器常見的輸出信號(hào)衰減問題。[0015]2、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的光纖聲發(fā)射傳感器環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能在高溫、腐蝕與強(qiáng)電磁干擾等惡劣工作環(huán)境下使用，具有長期穩(wěn)定性好、壽命長的特點(diǎn)。


[0016]圖1為光纖傳感探頭2路輸出光的強(qiáng)度曲線。[0017]圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖3為光纖傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。[0019]圖4為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0020]
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。[0021]本實(shí)用新型的工作原理如下[0022]光纖傳感探頭返回光束的強(qiáng)度與構(gòu)成探頭的Fabry-Perot腔的長度變化有關(guān)，當(dāng)有聲發(fā)射波作用于光纖傳感探頭時(shí)，聲壓導(dǎo)致Fabry-Perot腔的長度變化，光纖傳感探頭返回光束的光強(qiáng)變化信息也就包含了聲發(fā)射信息，通過后續(xù)的信號(hào)解調(diào)電路，提取出有用的聲發(fā)射信息。構(gòu)成光纖傳感探頭的Fabry-Perot腔的輸出光強(qiáng)I可由(1)式表達(dá)。
權(quán)利要求1.一種雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于包括用光纖順次連接的2個(gè)激光器、2個(gè)光纖耦合器、光纖傳感探頭、2個(gè)光電探測器和與所述2個(gè)光電探測器電連接的信號(hào)處理單元；所述2個(gè)激光器分別與所述2個(gè)光纖耦合器光纖連接，2個(gè)光纖耦合器分別與光纖傳感探頭、2個(gè)光電探測器光纖連接，2個(gè)光電探測器與信號(hào)處理單元電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述的激光器為DFB激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述2個(gè)光電探測器均為PIN光電探測器。
4.如權(quán)利要求1所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述2個(gè)光纖耦合器均為1X2單模光纖耦合器，分光比為50%。
5.如權(quán)利要求1所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述的光纖傳感探頭由2個(gè)封裝在銅管(1)里的非本征光纖Fabry-Perot腔構(gòu)成，所述的非本征光纖 Fabry-Perot腔由入射光纖0)、反射光纖(3)及用于固定與準(zhǔn)直入射光纖0)、反射光纖 (3)的石英毛細(xì)管(4)組成，封裝在所述石英毛細(xì)管(4)里的入射光纖( 與反射光纖(3) 之間構(gòu)成空氣腔(5)。
6.如權(quán)利要求5所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述石英毛細(xì)管(5)的兩端與所述入射光纖、反射光纖連接處具有熔接形成的2個(gè)焊點(diǎn)(6)。
7.如權(quán)利要求5所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述的入射光纖與反射光纖為2段端部拋光的單模光纖，端面反射率約為4%。
8.如權(quán)利要求5所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述的石英毛細(xì)管與所述入射光纖0)、反射光纖(3)的2個(gè)焊點(diǎn)間距為1cm。
9.如權(quán)利要求1所述的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，其特征在于所述的連接光纖為單模石英光纖。
專利摘要本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)類，更具體地說，它涉及一種能自動(dòng)抑制環(huán)境溫度、光源強(qiáng)度變化干擾的用于監(jiān)測聲波的光纖傳感器。目的是提供一種具有新型結(jié)構(gòu)、能有效抑制外界溫度和光源強(qiáng)度變化的干擾的雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器。一種雙探頭補(bǔ)償式光纖聲發(fā)射傳感器，包括用光纖順次連接的2個(gè)激光器、2個(gè)光纖耦合器、光纖傳感探頭、2個(gè)光電探測器和與所述2個(gè)光電探測器電連接的信號(hào)處理單元；所述2個(gè)激光器分別與所述2個(gè)光纖耦合器光纖連接，2個(gè)光纖耦合器分別與光纖傳感探頭、2個(gè)光電探測器光纖連接，2個(gè)光電探測器與信號(hào)處理單元電連接。本實(shí)用新型傳感器能消除外界環(huán)境溫度和光源強(qiáng)度變化產(chǎn)生的擾動(dòng)，有效解決光纖Fabry-Perot傳感器常見的輸出信號(hào)衰減問題。
文檔編號(hào)G01N29/24GK202256268SQ201120387868
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者儲(chǔ)建華, 馮寶林, 葉曉東, 宋小波, 張麗華, 徐林森, 趙江海 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院