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KR-939SB3 三參數(shù)組合探頭 基于波導調(diào)制器光纖微振動傳感器

時間:2025/7/18閱讀:92
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基于波導調(diào)制器的光纖微振動傳感器是一種利用光波導調(diào)制效應實現(xiàn)微小振動檢測的傳感裝置,通過將機械振動信號轉(zhuǎn)化為光信號的調(diào)制變化(如相位、強度、頻率等),實現(xiàn)對微米級甚至納米級振動的高靈敏度監(jiān)測。其核心優(yōu)勢在于結(jié)合了光纖的抗干擾、長距離傳輸特性與波導調(diào)制器的高調(diào)制效率,廣泛應用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、設(shè)備振動分析、聲學探測、安防預警等領(lǐng)域。

核心結(jié)構(gòu)與工作原理

1. 核心組成部分

光源:通常為窄線寬激光器(如分布式反饋激光器 DFB)或超輻射發(fā)光二管(SLD),提供穩(wěn)定的單色光輸入,確保振動信號的高分辨率解調(diào)。

波導調(diào)制器:核心敏感元件,其光學特性(如折射率、光程)會隨外界振動(機械應力 / 應變)發(fā)生變化,從而調(diào)制傳輸光的參數(shù)。常見類型包括:

電光調(diào)制器:利用電光效應(如 LiNbO?材料),振動引起的應力改變材料折射率,實現(xiàn)光相位調(diào)制;

彈光調(diào)制器:基于彈光效應(如石英、聚合物波導),振動產(chǎn)生的應變直接改變波導折射率或幾何尺寸,調(diào)制光信號;

光纖光柵調(diào)制器:將光纖光柵集成于波導結(jié)構(gòu),振動導致光柵周期或折射率調(diào)制深度變化,引起反射 / 透射光譜偏移。

傳輸光纖:用于光信號的傳輸,通常為單模光纖(SMF),具有低損耗、抗電磁干擾特性,可實現(xiàn)遠距離信號傳輸(千米級)。

探測器與解調(diào)系統(tǒng):探測器(平衡探測器)將調(diào)制后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號;解調(diào)系統(tǒng)(如相位解調(diào)、光譜分析模塊)從電信號中提取振動信息(振幅、頻率、相位)。

2. 工作原理

當外界微小振動作用于波導調(diào)制器時,會通過機械耦合(如粘貼、集成)使調(diào)制器產(chǎn)生微小應變或位移,進而改變其光學參數(shù):

若為相位調(diào)制:振動引起波導光程(長度 × 折射率)變化,導致傳輸光的相位發(fā)生周期性偏移(Δφ ∝ 振動幅度);

若為強度調(diào)制:振動可能改變波導的模式耦合效率(如 Mach-Zehnder 干涉型波導),使輸出光強隨振動周期性變化;

若為頻率調(diào)制:通過振動與光波的多普勒效應耦合(如光纖光柵的動態(tài)反射),使反射光頻率隨振動頻率偏移。

解調(diào)系統(tǒng)通過分析光信號的相位、強度或頻率變化,反演得到原始振動信號的特征(幅度、頻率、波形)。

關(guān)鍵技術(shù)特點與優(yōu)勢

高靈敏度:

基于波導調(diào)制器的相位調(diào)制機制,可實現(xiàn)納米級甚至亞納米級的振動分辨率(如對 100Hz 振動的可測振幅可達 0.1nm),遠超傳統(tǒng)壓電傳感器(微米級)或電容式傳感器。

抗干擾能力強:

光纖傳輸路徑不受電磁干擾(EMI)、射頻干擾(RFI)影響,適合電機、變壓器等強電磁環(huán)境;

光纖材料(石英)耐酸堿、耐腐蝕,可在高溫(-50℃~200℃)、潮濕、粉塵等惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作。

長距離監(jiān)測:

光纖傳輸損耗低(約 0.2dB/km),配合波導調(diào)制器的高調(diào)制效率,可實現(xiàn)數(shù)千米級的遠程振動監(jiān)測(如橋梁、管道的分布式振動傳感)。

小型化與集成化:

波導調(diào)制器可采用平面光波導(PLC)工藝制備,體積僅為毫米級,易于集成到設(shè)備(如芯片光刻機、航天器部件)表面,實現(xiàn)非侵入式監(jiān)測。


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