專利名稱：微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器及其構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)的應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，具體地說，是涉及一種微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器及其構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)的應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：
地震從孕育到發(fā)震的過程中，會產(chǎn)生壓電效應(yīng)、動電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等，他們能導(dǎo)致巖石在微破裂時產(chǎn)生電荷積累與釋放，從而使震源區(qū)輻射出頻譜很寬的電磁波，這就是所謂的輻射異常，這種異?，F(xiàn)象會在地震前傳播到地球表面，并形成特定的可觀測前兆。地震前兆主要包括大地形變、應(yīng)力形變、次聲波、地電磁場、重力場、水文地球化學(xué)、地下流體動態(tài)等異常變化，通常情況下，這些異常變化十分微弱，采用現(xiàn)有儀器設(shè)備無法實時監(jiān)測，比如地震前的次聲波、電磁場和各種輻射等微弱異常變化能被雞、狗、青蛙、魚類等感知，但是卻無法被次聲波、電磁等傳統(tǒng)精密測量系統(tǒng)及時檢測到，這是一直困擾地震預(yù)報的“瓶頸”問題。但是，這種變量的微弱異常變化特別是次聲波異?，F(xiàn)象是存在的，如果能夠?qū)@種微弱次聲波異常進行監(jiān)測就能實現(xiàn)對地震的準確預(yù)報。通過對這種微弱變量的長期監(jiān)測與變化規(guī)律分析，就能夠為預(yù)報地震提供準確的可靠數(shù)據(jù)。強度調(diào)制型光纖位移傳感器是目前應(yīng)用最廣泛的一種光纖位移傳感器，其工作原理是，利用被測量的擾動改變光纖中光信號的強度，通過測量輸出光強的變化規(guī)律實現(xiàn)對被測量的測量，由于環(huán)境參數(shù)變化擾動與光強損耗存在較好的線性關(guān)系，強度調(diào)制型光纖位移傳感器的性能比較穩(wěn)定，靈敏度和測量精確度都比較高。但是，由于強度調(diào)制型光纖位移傳感器的理論模型還不夠系統(tǒng)化，且傳感器的測量結(jié)果取決于射入光強的變化特性、傳感光纖的耦合損耗、傳輸損耗、光電器件的耦合損耗等綜合因素，外加傳統(tǒng)強度調(diào)制型光纖位移傳感器是通過兩個被測量的差值得出測量結(jié)果的，因此測量精確度有限且分辨率很難達到O. Inm量級，相當(dāng)于多模光纖纖芯直徑的10_6倍，或單模光纖纖芯直徑的10_4倍。光纖位移傳感器是強度調(diào)制型光纖位移傳感器的典型代表，假設(shè)透射式光纖位移傳感器的發(fā)射光纖和接收光纖均為階躍折射率光纖，透鏡的半徑為r，遮光板的位移量為X，在線性近似條件下，可得到透射式光纖傳感器的不透光面積百分比為
a =+cos'll-| (I)
顯然，當(dāng)X小于r X 10 5時,透射光損耗小于_77dB,這對于傳統(tǒng)透射式光纖傳感器來說是一個可以忽略的變化量。根據(jù)公式(I)計算可以得到如下表所示的數(shù)據(jù)
δ/r|1Χ1(Γ4 |1Χ1(Γ5 | Χ1(Γ6 | Χ1(Γ7 |1Χ1(Γ8 |1Χ1(Γ9
不透光面積百分比 6.0X10"^ I. 9Χ10~ 6.0X10, I. 9 X ICT11 6.2 X ICT13 2· OX ICT14稱合損耗系數(shù)(dB) \&2.2 \77.2 \92.2| 07.2| 22· I| 37.0我們稱z/r大于O并小于IX 10_5的取值區(qū)間為傳統(tǒng)透射式光纖傳感器的不敏感區(qū)域或傳感極限值區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器及其構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)的應(yīng)用方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的傳統(tǒng)強度調(diào)制型光纖位移傳感器在不敏感區(qū)域內(nèi)基本無法使用，且無法準確區(qū)分振蕩強弱的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，包括光源輸入設(shè)備，與光源輸入設(shè)備相對應(yīng)的光源輸出設(shè)備，分別設(shè)置于光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面上的透鏡，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置有隔光板，該隔光板上 設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè)備透射入光源輸出設(shè)備的透光孔。具體地說，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備均由兩個通過法蘭固定并連接在一起的光纖組成，而所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡均有兩個，分別設(shè)置于二者相鄰兩個縱側(cè)面的兩個光纖正對位置，所述隔光板為兩塊，且其中一塊隔光板的一端安裝于固定支座上，另一塊隔光板的一端則安裝于振動感應(yīng)膜上，該隔光板上設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè)備的兩個光纖透射入光源輸出設(shè)備的兩個光纖的透光孔。進一步地，所述光源輸入設(shè)備的兩個光纖中的其中一個光纖和與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備中的光纖間的隔光板上設(shè)有使透射入光源輸出設(shè)備的光纖的光能被高精度測量儀器測出的透光孔，而光源輸入設(shè)備的兩個光纖中的另一個光纖和與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備的光纖間的隔光板上設(shè)有使透射入光源輸出設(shè)備的光纖的光能被低精度測量儀器測出的透光孔。由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)，包括光源、系統(tǒng)控制和信息處理模塊，還包括與光源相對應(yīng)的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，位于該微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器與光源之間的隔離器，將光源分為兩束的光纖分束器，該光纖分束器的輸入端與隔離器相連，輸出端分別與微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的光源輸入設(shè)備的兩個光纖相連，而微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的光源輸出設(shè)備的兩個光纖則分別通過高精度測量儀器和低精度測量儀器與系統(tǒng)控制和信息處理模塊相連。具體地說，所述高精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光只能被高精度測量儀器測出的光纖相連，低精度測量儀器與光源輸出設(shè)備的另一個光纖相連；所述高精度測量儀器為光子計數(shù)器，低精度測量儀器為pw功率計。以上述硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，本發(fā)明提供了一種由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括以下步驟
(1)設(shè)置均由法蘭固定并連接在一起的兩個光纖組成的光源輸入設(shè)備及與其對應(yīng)光源輸出設(shè)備，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面的光纖正對位置分別設(shè)置透鏡，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜；
(2)在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置兩塊使二者無光源傳輸通道的帶有透光孔的隔光板，將其中一塊隔光板的一端安裝于固定支座上，另一塊隔光板的一端安裝于振動感應(yīng)膜上；
(3)移動振動感應(yīng)膜,使光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的光纖和隔光板上的透光孔形成光源傳輸?shù)耐ǖ溃?br> (4)光源通過隔離器后，從所述光源傳輸?shù)耐ǖ来┻^，輸出光信號；
(5)分別使用高精度測量儀器和低精度測量儀器對光源輸出設(shè)備的兩個光纖的輸出光信號的強度進行直接測量，之后由系統(tǒng)控制和信息處理模塊對測量結(jié)果進 行處理，得出振動感應(yīng)膜的位移量。在上述應(yīng)用方法中，所述高精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光只能被高精度測量儀器測出的光纖相連，低精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光能被低精度測量儀器測出的光纖相連。在上述應(yīng)用方法中，如果高精度測量儀器和低精度測量儀器同時檢測到光信號，則根據(jù)低精度測量儀器檢測到的結(jié)果對高精度測量儀器檢測到的結(jié)果進行校正。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
I.本發(fā)明中光源輸入設(shè)備與光源輸出設(shè)備均由兩個通過法蘭固定并連接在一起的光纖組成，它們分別組成了高精度光纖傳感器和低精度光纖傳感器，二者相互配合對同一個振動源進行測量，其中高精度光纖傳感器對任何振動都有響應(yīng)，而低精度光纖傳感器僅對較強的振動有響應(yīng)，這樣的組合方式使得本發(fā)明能對外界振動進行精確全面的測量，且能根據(jù)二者的響應(yīng)情況準確分辨出振動強弱，即只有高精度光纖傳感器響應(yīng)的振動為微弱振動，高精度光纖傳感器與低精度光纖傳感器均有響應(yīng)的為強振動，以此能實現(xiàn)對微弱振蕩的監(jiān)測。2.本發(fā)明利用一個固定遮光板和一個移動遮光板設(shè)計了不同的透光孔，其中只有少量的光能通過高精度光纖傳感器的光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備間的透光孔，而低精度光纖傳感器的透光孔較高精度光纖傳感器的透光孔大，因此有更多的光能通過低精度光纖傳感器的透光孔，微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器對通過這些透光孔的光測量后得出振動的強弱，進一步提聞了測量的精確度。3.本發(fā)明通過在傳感器上設(shè)置帶透光孔的隔光板，有效地減小環(huán)境干擾，實現(xiàn)了強光射入傳感器、弱光輸出傳感器的變換，同時結(jié)合了高精度測量設(shè)備和低精度測量設(shè)備，二者相輔相成，有效地實現(xiàn)了對極微弱光的極高精確測量，即在傳統(tǒng)強度調(diào)制型光纖位移傳感器的不敏感區(qū)域或傳感極限值區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)了極高精度測量，該方法的優(yōu)點在于，在沒有位移發(fā)生時就沒有光通過傳感器，而只要發(fā)生任意小的位移都將導(dǎo)致一定的光通過光源輸入設(shè)備并被高分辨率的測量系統(tǒng)測量出來，從而以一種新穎的方式極大地提高了傳感器的靈敏度和測量精度。4.本發(fā)明利用極微小位移變化與進入微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的極弱光強度的線性關(guān)系，通過直接測量感應(yīng)光的光功率或單光子數(shù)量水平實現(xiàn)對極微小位移的極高精確測量。本發(fā)明主要用于超高精度位移、壓力、溫度、振動、輻射、聲波等傳感測量，可以對諸如地震前兆、大腦思維活動與大腦皮層振動的關(guān)系等微弱振動進行實時監(jiān)測。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)光纖位移傳感器的測量精度極限值并可以到達IXKTnm的測量精度，是光纖位移傳感器設(shè)計與應(yīng)用的一個重大革新，具有非常重要的標(biāo)志意義并將對微納米技術(shù)、精密測量技術(shù)等產(chǎn)生重要影響。5.本發(fā)明中基于微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的系統(tǒng)方案,將光源、隔離器、微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器、光子計數(shù)器、Pff功率計、系統(tǒng)控制和信息處理模塊組合在一起，實現(xiàn)了不同精度的弱光測量；同時，隔離器的設(shè)置有效地防止了被隔光板反射的光返回到光源處，以至于對光源產(chǎn)生不利影響，從而保證了整個系統(tǒng)正常工作。6.與傳統(tǒng)的強度調(diào)制型光纖位移傳感器通過計算被測量的變化量得出測量結(jié)果相比，本發(fā)明可以通過測量儀器，如光子計數(shù)器，PW功率計等，直接測量出被測量的測量值，該測量方式使得本發(fā)明能夠有效避免被測量的相對變化量太小難以測量的問題，達到準確測出極小位移變化下的位移量的目的，進而使測量方式更為簡潔、測量結(jié)果更為精確。7.本發(fā)明通過對傳統(tǒng)的強度調(diào)制型光纖位移傳感器的組合和改進，實現(xiàn)光源的全 方位高精度測量，從而為實際應(yīng)用提供更佳的應(yīng)用基礎(chǔ)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景和很高的實用價值。8.本發(fā)明從根本上改變了傳統(tǒng)光纖位移傳感器的測量方式，從而解決了傳統(tǒng)光纖位移傳感器無法解決的難題，即傳統(tǒng)強度調(diào)制型光纖位移傳感器在不敏感區(qū)域或傳感極限值區(qū)域難以進行測量，因此，本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步，并且具有很高的實用價值。


圖I為本發(fā)明-實施例的原理圖。圖2為本發(fā)明-實施例的系統(tǒng)圖。圖3為本發(fā)明-實施例進行信息處理的原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。實施例I
如圖I所示，微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，包括光源輸入設(shè)備，與光源輸入設(shè)備相對應(yīng)的光源輸出設(shè)備，分別設(shè)置于光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面上的透鏡，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置有隔光板，該隔光板上設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè)備透射入光源輸出設(shè)備的透光孔。具體地說，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備均由兩個通過法蘭固定并連接在一起的光纖組成，而所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡均有兩個，分別設(shè)置于二者相鄰兩個縱側(cè)面的兩個光纖正對位置，所述隔光板為兩塊，且其中一塊隔光板的一端安裝于固定支座上，另一塊隔光板的一端則安裝于振動感應(yīng)膜上，該隔光板上設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè)備的兩個光纖透射入光源輸出設(shè)備的兩個光纖的透光孔。進一步地，所述光源輸入設(shè)備的兩個光纖中的其中一個光纖和與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備中的光纖間的隔光板上設(shè)有使透射入光源輸出設(shè)備的光纖的光能被高精度測量儀器測出的透光孔，我們將這個光源輸入設(shè)備的光纖及其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備的光纖以及設(shè)置于它們之間的隔光板合稱為高精度光纖傳感器；而光源輸入設(shè)備的兩個光纖中的另一個光纖和與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備的光纖間的隔光板上設(shè)有使透射入光源輸出設(shè)備的光纖的光能被低精度測量儀器測出的透光孔，我們將這個光源輸入設(shè)備的光纖及與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備的光纖以及設(shè)置于它們之間的隔光板合稱為低精度光纖傳感器。由此，我們可以將本發(fā)明中的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器看做由高精度光纖傳感器及低精度光纖傳感器構(gòu)成的傳感器。 以圖I所示的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，來構(gòu)成如圖2所示的傳感器系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)架包括光源、系統(tǒng)控制和信息處理模塊，還包括與光源相對應(yīng)的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，位于該微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器與光源之間的隔離器，將光源分為兩束的光纖分束器，該光纖分束器的輸入端與隔離器相連，輸出端分別與微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的光源輸入設(shè)備的兩個光纖相連，而微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的光源輸出設(shè)備的兩個光纖則分別通過高精度測量儀器和低精度測量儀器與系統(tǒng)控制和信息處理模塊相連。具體地說，所述高精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光只能被高精度測量儀器測出的光纖相連，低精度測量儀器與光源輸出設(shè)備的另一個光纖相連；所述高精度測量儀器為光子計數(shù)器，低精度測量儀器為PW功率計。以上述硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，本發(fā)明提供了一種由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括以下步驟
(I)設(shè)置均由法蘭固定并連接在一起的兩個光纖組成的光源輸入設(shè)備及與其對應(yīng)光源輸出設(shè)備，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面的光纖正對位置分別設(shè)置透鏡，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜；(2)在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置兩塊使二者無光源傳輸通道的帶有透光孔的隔光板，將其中一塊隔光板的一端安裝于固定支座上，另一塊隔光板的一端安裝于振動感應(yīng)膜上；(3)移動振動感應(yīng)膜，使光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的光纖和隔光板上的透光孔形成光源傳輸?shù)耐ǖ溃?4)光源通過隔離器后，從所述光源傳輸?shù)耐ǖ来┻^，輸出光信號；(5)分別使用高精度測量儀器和低精度測量儀器對光源輸出設(shè)備的兩個光纖的輸出光信號的大小進行直接測量，之后由系統(tǒng)控制和信息處理模塊對測量結(jié)果進行處理，得出振動感應(yīng)膜的位移量。在上述應(yīng)用方法中，所述高精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光只能被高精度測量儀器測出的光纖相連，低精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光能被低精度測量儀器測出的光纖相連。在上述應(yīng)用方法中，如果高精度測量儀器和低精度測量儀器同時檢測到光信號，則根據(jù)低精度測量儀器檢測到的結(jié)果對高精度測量儀器檢測到的結(jié)果進行校正。本發(fā)明中，除微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器之外的其他各電子元件或硬件模塊均為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明并未對其進行改進，因此，對相應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)在此不再贅述。在本發(fā)明中，對于能被高精度測量儀器檢測到，即耦合系數(shù)小于_77dB的光的測量原理如下
當(dāng)隔光板沒有位移變化時，沒有任何光通過高精度光纖傳感器，當(dāng)發(fā)生任意位移X時，都將有一定數(shù)量的光子通過高精度光纖傳感器，并被光子計數(shù)器檢測到。根據(jù)公式(I)計算，當(dāng)比值x/r從I X 10_9增加到I X 10_5時，光強損耗約為60dB，相當(dāng)于位移在10_5r到10_9r之間，每一個數(shù)量級上有15dB的自由度，因此在傳統(tǒng)透射式光纖傳感器的不敏感區(qū)域，對于光子計數(shù)器來說反而具有更高的自由度，從而可以得到更高的靈敏度和精確度。根據(jù)這個原理，本發(fā)明的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器中的高精度光纖傳感器利用固定隔光板與移動隔光板形成的兩個微小透光窗口實現(xiàn)對微弱振動的測量。與傳統(tǒng)強度調(diào)制型光纖傳感器的思路不同，本發(fā)明的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的高精度光纖傳感器在沒有任何振動干擾的情況下，完全沒有響應(yīng)，即輸入光全部被 遮光板擋回；而對于任意小的振動都將導(dǎo)致一定數(shù)量級的光子通過微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的高精度光纖傳感器，根據(jù)單光子計數(shù)器檢測到的光子數(shù)量水平測量振動的強弱，即本發(fā)明的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器對任何微弱振動都能夠檢測。根據(jù)目前光纖位移傳感器的測量精度水平，本發(fā)明的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的高精度光纖傳感器的主要特點是測量精度可以達到O. OOOlnm,
如圖I所示的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的高精度光纖傳感器的工作原理是當(dāng)耦合系數(shù)為-137dB時，位移量為10_9r ；當(dāng)耦合系數(shù)為-122. IdB時，位移量為10_8r ；當(dāng)耦合系數(shù)為-107. 2dB時，位移量為10_7r ；當(dāng)耦合系數(shù)為_92. 2dB時，位移量為10_6r ；當(dāng)耦合系數(shù)為-77. 2dB時，位移量為10_5r ；當(dāng)耦合系數(shù)為_62. 2dB時，位移量為10_4r。其中具體數(shù)值是理論計算值，沒有考慮實際傳感器的硬件系統(tǒng)參數(shù)影響，與實際系統(tǒng)的實測值有一定的誤差。在本發(fā)明中，對于既能被高精度測量儀器檢測到也能被低精度測量儀器監(jiān)測到，即耦合系數(shù)小于_77dB的光的測量原理如下
與微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的高精度光纖傳感器的原理類似，本發(fā)明的低精度光纖傳感器利用固定遮光板與移動遮光板形成的一個較大的透光窗口實現(xiàn)對較強振動的測量。如果振動較弱，那么通過傳感器的光強較弱，PW功率計檢測不到；如果振動較強，低精度光纖傳感器和高精度光纖傳感器將同時響應(yīng)。比如，如果所采用的光源OdBm的輸入光通過傳感器后衰減77dB，那么接收到的光功率大約是20pW ;如果衰減90dB，那么每個脈沖大約包含幾個到十幾個光子，在這種情況下，只有使用光子計數(shù)器才能進行有效檢測。因此本發(fā)明的高精度光纖傳感器和低精度光纖傳感器具有互補性。微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的工作原理是高精度光纖傳感器對任何微弱振動都有響應(yīng)，而低精度光纖傳感器僅僅對較強的振動有響應(yīng)，根據(jù)低精度光纖傳感器的測量結(jié)果，通過剔除高精度光纖傳感器測量結(jié)果中的與強振動相關(guān)的結(jié)果得到微弱振動的測量結(jié)果，根據(jù)微弱振動的測量結(jié)果分析微弱振動的特點并達到監(jiān)測微弱振動異常的功能。具體地說，對于微弱振動，只有高精度光纖傳感器有響應(yīng)，其進行信息處理的基本原理如圖3所示，振動感應(yīng)膜只要發(fā)生位移變化就一定有光通過高精度光纖傳感器并被光子計數(shù)器檢測出來，并輸出光子數(shù)量，根據(jù)高精度光纖傳感器的檢測結(jié)果確定微弱振動的振幅、頻率，如果高精度光纖傳感器的檢測系統(tǒng)和低精度光纖傳感器的檢測系統(tǒng)同時響應(yīng)，說明遮光板的位移量較大，屬于強振動。這種情況下，根據(jù)低精度光纖傳感器的結(jié)果對高精度光纖傳感器的測量結(jié)果進行校正，即去掉同時響應(yīng)情況下的測量結(jié)果，得到微弱振動的監(jiān)測結(jié)果。以上具體數(shù)值是理論計算值，沒有考慮實際傳感器的硬件系統(tǒng)參數(shù)影響，與實際系統(tǒng)的實測值有一定的誤差。以上設(shè)計方案只工作在傳統(tǒng)強度調(diào)制型光纖位移傳感器的不敏感區(qū)域。
按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，包括光源輸入設(shè)備，與光源輸入設(shè)備相對應(yīng)的光源輸出設(shè)備，分別設(shè)置于光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面上的透鏡，其特征在于，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置有隔光板，該隔光板上設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè)備透射入光源輸出設(shè)備的透光孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，其特征在于，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備均由兩個通過法蘭固定并連接在一起的光纖組成，而所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡均有兩個，分別設(shè)置于二者相鄰兩個縱側(cè)面的兩個光纖正對位置，所述隔光板為兩塊，且其中一塊隔光板的一端安裝于固定支座上，另一塊隔光板的一端則安裝于振動感應(yīng)膜上，該隔光板上設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè) 備的兩個光纖透射入光源輸出設(shè)備的兩個光纖的透光孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，其特征在于，所述光源輸入設(shè)備的兩個光纖中的其中一個光纖和與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備中的光纖間的隔光板上設(shè)有使透射入光源輸出設(shè)備的光纖的光能被高精度測量儀器測出的透光孔，而光源輸入設(shè)備的兩個光纖中的另一個光纖和與其對應(yīng)的光源輸出設(shè)備的光纖間的隔光板上設(shè)有使透射入光源輸出設(shè)備的光纖的光能被低精度測量儀器測出的透光孔。
4.由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)，包括光源、系統(tǒng)控制和信息處理模塊，其特征在于，還包括與光源相對應(yīng)的微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，位于該微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器與光源之間的隔離器，將光源分為兩束的光纖分束器，該光纖分束器的輸入端與隔離器相連，輸出端分別與微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的光源輸入設(shè)備的兩個光纖相連，而微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器的光源輸出設(shè)備的兩個光纖則分別通過高精度測量儀器和低精度測量儀器與系統(tǒng)控制和信息處理模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光只能被高精度測量儀器測出的光纖相連，低精度測量儀器與光源輸出設(shè)備的另一個光纖相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度測量儀器為光子計數(shù)器，低精度測量儀器為PW功率計。
7.由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用方法，其特征在于，包括以下 步驟 (1)設(shè)置均由法蘭固定并連接在一起的兩個光纖組成的光源輸入設(shè)備及與其對應(yīng)光源輸出設(shè)備，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面的光纖正對位置分別設(shè)置透鏡，所述光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜； (2)在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置兩塊使二者無光源傳輸通道的帶有透光孔的隔光板，將其中一塊隔光板的一端安裝于固定支座上，另一塊隔光板的一端安裝于振動感應(yīng)膜上； (3)移動振動感應(yīng)膜,使光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的光纖和隔光板上的透光孔形成光源傳輸?shù)耐ǖ溃? (4)光源通過隔離器后，從所述光源傳輸?shù)耐ǖ来┻^，輸出光信號；(5)分別使用高精度測量儀器和低精度測量儀器對光源輸出設(shè)備的兩個光纖的輸出光信號的強度進行直接測量，之后由系統(tǒng)控制和信息處理模塊對測量結(jié)果進行處理，得出振動感應(yīng)膜的位移量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用方法，其特征在于，所述高精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光只能被高精度測量儀器測出的光纖相連，低精度測量儀器與光源輸出設(shè)備中輸出光能被低精度測量儀器測出的光纖相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用方法，其特征在于，如果高精度測量儀器和低精度測量儀器同時檢測到光信號，則根據(jù)低精度測量儀器檢測到的結(jié)果對高精度測量儀器檢測到的結(jié)果進行校正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器，包括光源輸入設(shè)備，與光源輸入設(shè)備相對應(yīng)的光源輸出設(shè)備，該光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的上方與下方均通過固定支座相連，且上方或下方的固定支座上還連接有振動感應(yīng)膜，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備相鄰的兩個縱側(cè)面上分別設(shè)置有透鏡，在光源輸入設(shè)備和光源輸出設(shè)備的透鏡之間設(shè)置有隔光板，該隔光板上設(shè)置有用于使光源從光源輸入設(shè)備透射入光源輸出設(shè)備的透光孔；及由微弱振蕩監(jiān)測光纖傳感器構(gòu)成的傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)的應(yīng)用方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的傳統(tǒng)振蕩光纖傳感器的測量精確度、靈敏度低，測量范圍不夠廣的問題。
文檔編號G01D5/353GK102636202SQ20121013025
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者熊英, 蔣久清 申請人:成都零光量子科技有限公司