单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究[1]
基于光纤耦合器的声发射传感器
６ １ Ｖ／ ｔ ｏｓ ｆ１ ８Ｐ ｔ１ ５ｋ ． × ０ Ｐａｗｉ ａｎ ｉｅｏ ． ａ ａ ５ Ｈｚ ｈ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｆｂｅ ｅ ｏｒ ｃ ｕｓ ｉ ｍ ｉｓｏ ｙ ｗｏ ｄ ｉ ｒｓ ｎｓ ；ａ ｏ ｔｃ ｅ ｓ ｉｎ； ｕ ｔ ａ ｏｕ ｌｒ ｓ ｎｄ；ｏ ｅ ｕ ｅ ｔ ｐｅ ｉ ｅ ｏ ｌ ｒ ｖ ｒ ｆ ｓ ｄ—ａ ｒｆｂ ｒｃ ｕｐ ｅ
型 声发射 传 感 器 。它是 利 用声波 引起 的扰 动 改 变耦 合 器 两臂 光 功 率输 出的特 点 来检 测 声发 射信
号。 实验 结果表 明 ： 此种 传 感器在 １ Ｈｚ ５ Ｈｚ范 围 内对 声发射 信 号有 良好 响应 ， １ ５ｋ ｚ ０ｋ ￣２ ０ｋ 在 ５ Ｈ 灵敏 度 为５ ６ ０ Ｖ／ ａ 噪 声 为１ ８Ｐ ． ×１ Ｐ， ． ａ声压 ， 望在 复合材料 与 结构 、电力无损检 测 方 面得 到 有
本高， 易受 温度漂移 和外界 干扰 的影 响＿ 。 ２ 其他报道 ］
的超 声传 感 器 的设 计 是 基 于 光学 反 射 和 多涂层 技 术， 同样存在 结构复杂 ， 条件要求苛 刻 ， 不实 用 。 ］ 本 文介绍 的光纤 声发射传感器 具有成 本低 、 构简单 、 结
不受 温度 漂移影 响 的特 点 ， 以单模 光纤 耦 合器 作 它 为基本 结构 ， 过在熔 融拉 锥过 程 中改变 一些 结构 通 参数 ， 使之对 外界 环境 （ 温度 、 力 、 动 等 ） 压 振 有较灵 敏 的响应 ， 而实现对这些 信号 的检 测［ 。 从 ３ ］
引 言
声发 射技 术是指 利用 仪器 检测 、 分析 声发 射信
号和 利用声 发 射信号 推 断声发 射源 的技术 ， 材料 在
光纤温度传感器的研究和应用
01 引言
03 应用场景 05 结论
目录
02 原理与技术 04 研究方法与成果 06 参考内容
引言
随着科学技术的发展，传感器在各个领域的应用越来越广泛。其中，光纤温度 传感器作为一种高灵敏度、高分辨率的传感器，引起了人们的广泛。光纤温度 传感器基于光纤传感技术，通过测量光纤中光的干涉效应或传输特性来推导被 测温度场的分布情况，具有抗干扰能力强、稳定性高、响应速度快、测量范围 广等优点。本次演示将从原理与技术、应用场景、研究方法与成果、结论等方 面介绍光纤温度传感器的研究和应用。
光纤温度传感器的主要技术包括光纤传感技术、光学信号处理技术和计算机技 术等。其中，光纤传感技术是光纤温度传感器的核心，包括干涉仪、光纤 Bragg光栅、光纤F-P腔等。这些技术可以实现对光的干涉、反射、透射等特 性的测量，从而实现温度的测量。
光学信号处理技术则包括光路准直技术、光调制技术、信号解调技术等，可以 对光学信号进行处理和解析，提高测量的准确性和稳定性。计算机技术则用于 实现数据采集、处理和输出等功能，使传感器具有更好的可操作性和可维护性。
3、生物医学：在医疗领域，光纤温度传感器可用于实时监测病患的体温变化， 为医生提供准确的诊断依据。
4、环境监测：在环境监测领域，光纤温度传感器可用于监测土壤、水质、空 气等环境参数的变化，为环境保护提供数据支持。
优势分析
光纤温度传感器相比传统温度传感器具有以下优势：
1、测量精度高：由于光纤对温度的敏感性，光纤温度传感器可以实现高精度 的温度测量。
近年来，随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，仿真研究在光纤温度传 感器的研究中越来越受到重视。研究人员通过建立精细的光纤温度传感器模型， 对各种影响其性能的因素进行全面分析，并开展大量的优化设计工作，取得了 一系列重要的研究成果。例如，研究人员通过对光纤传感器的优化设计，成功 提高了其测量准确度和稳定性；同时，还探究了不同环境因素对光纤温度传感 器性能的影响，为实际应用提供了重要的参考依据。
光纤声发射传感器的研究现状与展望
中 图分 类 号 ：Ｔ １ Ｐ２ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ －７ ７ ２ １ ）９－ ０ －３ ０ ０９ ８ （０ ０ ０ －０ ５０ ０ －
Ｓ ｒ ｅ ｎ ｄ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔａ ｄ ｐ ｏ ｐｅ ｔｏ ｂ ｒ ｏ ｉ ｃ ｕｓｉ ｕ ｖ ｙ ｏ ｅ ｅｏ ｍ ｎ ｎ ｒ ｓ ｃ ｆｆ ｅ － ｐｔｃ ａ ｏ ｔｃ ｉ
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光纤传感器 （ ｂｒ ｐｉ ｓｎｏ ，Ｏ ） ２ ｉ ｏ ｃ ｆ ｅ． ｔ ｅｓｒＦ Ｓ 是 Ｏ世纪 ７ ０年代
(完整word版)光纤温度传感器的研究与应用
光纤温度传感器的研究与应用宋晓斌2011094141摘要: 分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，综述了光纤温度传感器的发展现状和应用。
分别介绍了分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器的工作原理和研究现状，详细介绍了各种传感器的特点及各自的研究方向。
关键词:光纤传感器温度研究现状应用Development and application of optical fiber temperature sensorSongXiao-binAbstract：The specific advantage of optical fiber temperature sensors in detecting temperature is analyzed。
De-velopment status and application of optical fiber temperature sensors are broadly discussed.The operating principle and Development status of several typical optical fiber temperature sensors based on distributed，Bragg grating，interference，fluorescence and bending loss，respectively,are introduced.The characteristic andthe future of the typical optical fiber temperature sensors are analyzed detailedly.Key words: optical fiber sensor；temperature；development；application1 引言在科研和生产中，有很多温度测量问题。
光纤声音传感实验报告
一、实验目的1. 了解光纤声音传感的基本原理和实验方法。
2. 掌握光纤声音传感器的构造和性能特点。
3. 通过实验验证光纤声音传感器的应用效果。
二、实验原理光纤声音传感器是一种利用光纤传输声波信号的新型传感器。
其基本原理是：声波使光纤中的光相位发生改变，通过检测光相位的变化来感知声波信号。
光纤声音传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、抗腐蚀性好、灵敏度高等优点。
三、实验仪器与材料1. 光纤声音传感器2. 发声器3. 光纤连接器4. 光纤耦合器5. 光功率计6. 光纤测试仪7. 实验台四、实验步骤1. 搭建实验装置：将光纤声音传感器、发声器、光纤连接器、光纤耦合器等连接成实验装置。
2. 设置实验参数：根据实验要求设置光纤声音传感器的参数，如灵敏度、频率响应等。
3. 进行声波发射：通过发声器产生不同频率和强度的声波。
4. 收集声波信号：将声波信号通过光纤传输到光功率计，记录光功率的变化。
5. 分析实验数据：根据实验数据，分析光纤声音传感器的性能和特点。
五、实验结果与分析1. 实验结果：- 当发声器产生低频声波时，光纤声音传感器的灵敏度较高，光功率变化明显。
- 当发声器产生高频声波时，光纤声音传感器的灵敏度降低，光功率变化不明显。
- 光纤声音传感器对声波信号的检测具有较好的抗干扰能力。
2. 数据分析：- 光纤声音传感器的灵敏度与其结构和工作原理有关，低频声波对光纤的扰动较大，因此灵敏度较高。
- 高频声波对光纤的扰动较小，因此灵敏度较低。
- 光纤声音传感器具有较好的抗干扰能力，能够有效抑制电磁干扰和噪声干扰。
六、实验结论1. 光纤声音传感器是一种新型传感器，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、抗腐蚀性好、灵敏度高等优点。
2. 光纤声音传感器在声波检测领域具有广泛的应用前景。
3. 通过实验验证了光纤声音传感器的性能和特点，为光纤声音传感器的应用提供了理论依据。
七、实验注意事项1. 实验过程中注意安全，避免触电和火灾等事故。
2. 保持实验环境清洁，避免灰尘和杂物对实验结果的影响。
声学波导光纤传感器原理与应用前景
声学波导光纤传感器原理与应用前景声学波导光纤传感器是一种利用声学波导结构将光与声波相互转换的传感器技术。
它使用光纤作为传感器的载体，利用光与声波在光纤中的耦合效应，实现了对光、声、温度、压力等物理量的高灵敏度检测。
这种传感器具有广泛的应用前景，可以应用于医学、环境监测、工业自动化等领域。
声学波导光纤传感器的工作原理是基于光与声波在光纤中的耦合效应。
当光纤中传输的光信号与传输介质中的声波发生耦合时，会产生折射率变化，从而导致光的传播速度发生变化。
通过测量光的传播速度的变化，可以推断出介质中的声波信息，从而实现对声、光、温度、压力等物理量的检测。
声学波导光纤传感器具有许多优势。
首先，它具有高灵敏度和快速响应的特点。
由于光纤的高传输效率和声波的高传播速度，传感器对物理量的变化能够快速响应并提供准确的测量结果。
其次，它具有高度的抗干扰性。
光纤传感器的工作原理可以有效地屏蔽外界电磁干扰，从而提高传感器的测量精度和稳定性。
此外，它还具有易于安装和维护的特点，可以方便地应用于各种场景。
声学波导光纤传感器在医学领域具有广泛的应用前景。
它可以被用于生物体内的生理参数监测，如心率、血压、血氧饱和度等。
传感器可以通过将光纤插入人体进行实时监测，无需切开皮肤，提供了一种非侵入性的测量方法。
此外，声学波导光纤传感器还可以在医学影像领域应用于光声成像，通过测量组织中的光声信号，实现对组织结构和功能的高分辨率成像。
声学波导光纤传感器在环境监测中也有重要的应用。
传感器可以用于监测大气中的污染物浓度、土壤中的水分含量、水中的溶解氧浓度等。
传感器的高灵敏度和快速响应能够提供准确的监测结果，并为环境保护提供重要的数据支持。
此外，传感器还可以应用于声波检测，例如地震监测和大气声学监测，为地质灾害预警和气象预测提供可靠的数据。
声学波导光纤传感器在工业自动化领域也有广泛的应用。
它可以被用于监测工业设备中的温度、压力、振动等参数，提供实时的监测数据，帮助优化生产流程和提高生产效率。
光钎传感器的应用课件
4、大坝、河堤的渗
与养护温度 。
光钎传感器的应用
光纤温度传感器火灾报警
OS232光纤光栅火灾报警仪是一款为消防系统专业制作的高精 度解调仪，它最多可以最多同时测量32路光谱信号，却有足够 的能量保证测量的准确性，同时内嵌有大规模集成电路，能够 快速地计算出光栅的温。OS232在各方面都具有良好的性能,主 要表现在:
波长、频率、相位、偏正态等） 发生变化，称为被调制的 信号光，再经过光纤送 入光探测器，经解调 后，获得被测参数。
光钎传感器的应用
光纤传感器研究背景
光纤传感器的优点：
一、灵敏度较高； 二、几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的
光纤传感器； 三、可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋
姿态角和角速度。和其它陀螺相比, 光纤陀螺具有许多优点。 目前, 光纤陀螺广泛用于诸多领域，比如，机器人的控制、 高速列车、大地测量、石油钻井、雷达、舰艇、导弹、飞 机的导航和制导等。
光钎传感器的应用
光纤陀螺仪
F120型闭环光纤陀螺（F120 Closed-Loop Fiber Optic Gyroscope）
作用：提供载体相对惯性空间角度，角速度的变化量。 应用领域：
适用于航空、航海、航天惯性 导航、制导、地面定位定向等。 可广泛应用于战斗机、无人机、 导弹、陆地战车等军用领域 ，同时也可应用于运输机、 大型客机等民用领域。
光钎传感器的应用
光纤传感器应用
光纤流量传感器
光钎传感器的应用
光纤传感器应用光纤液位传感器
转等）的器件； 四、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶
劣环境； 五、而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
光钎传感器的应用
光纤传感技术在声学测量中的应用分析
光纤传感技术在声学测量中的应用分析光纤传感技术是指利用光纤作为传感器，在其被测量物理量发生变化时通过光纤传输的信号变化来测量被测量物理量的一种技术。
随着科技的不断进步，光纤传感技术已经越来越广泛地应用在各个领域中。
其中，在声学测量领域中，光纤传感技术的应用也得到了越来越广泛的认可。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术是利用光纤与物理量之间的相互作用，并利用光信号的传输来完成被测量量的测量。
通过在光纤中引入一定的测量物理量，使得光纤中的传输信号发生改变。
传感器通过测量信号的改变来对被测量物理量进行测量。
二、光纤传感技术在声学测量中的应用随着声学技术的不断发展，声学测量已经成为了工业、生产和科学研究等领域中不可或缺的重要手段。
而在声学测量领域中，光纤传感技术也得到了广泛的应用，其中较为常见的应用有以下几个方面：1. 声压力测量声压力是衡量声音强度的指标之一。
利用光纤传感技术可以通过对声压力所造成的光纤位移测量来确定声音的强度，从而对声学信号进行测量。
2. 振动测量光纤传感技术还可以通过对振动的测量，来确定物体的振动状态和特性。
通过将光纤传感器与振动物体相连，可以通过光纤位移的变化来测量振动物体的状态和特性。
3. 声波传播测量在声学研究中，光纤传感技术还可以通过对声波传播的测量，来确定声音的传播状况。
通过光纤传感器对声波传播所产生的位移进行测量，可以确定声波的传播速度和传播路径等信息。
三、光纤传感技术在声学测量中的优势相比于传统的声学传感技术，光纤传感技术具有以下几个优势：1. 高精度光纤传感技术的测量精度非常高，可以达到亚微米级别。
因此，它可以用于对于物理量测量精度要求比较高的场合。
2. 抗干扰能力强相比于传统的传感器，光纤传感器对于环境的干扰能力更强，可以避免环境噪声、电磁干扰等原因对于测量信号的影响，从而提高测量的可靠性和稳定性。
3. 监测范围大由于光纤传感器的结构轻便、柔性、可调性强，所以可以对较大范围内的物理量进行测量，而且不会对被测量物体产生影响。
光纤传感技术在航空电子设备中的应用研究
光纤传感技术在航空电子设备中的应用研究首先，光纤传感技术能够在航空电子设备中进行温度、压力、应变等参数的测量。
光纤传感器通过传输光信号来感知其周围环境的物理特性。
在航空电子设备中，高温、高压和应力等因素对设备的运行状态和性能有着重要的影响。
通过将光纤传感器与航空电子设备连接，可以实时监测设备的工作环境，并及时采取相应的措施来保证设备的正常运行。
其次，光纤传感技术还可以用于航空电子设备中的结构健康监测。
航空器在使用过程中会不可避免地出现结构疲劳、裂纹等问题，这些问题如果得不到及时的检测和修复，将给飞行安全带来严重的威胁。
通过在航空电子设备中嵌入光纤传感器，可以对飞机的结构状况进行实时监测，当出现结构异常时，系统可以及时报警并采取相应的维修措施，从而保证飞行安全。
此外，光纤传感技术还可以用于航空电子设备中的故障诊断与预测。
航空电子设备是一种高度复杂的系统，故障的发生往往会给飞机的正常运行带来严重的影响。
通过在航空电子设备中应用光纤传感技术，可以对设备的运行状态进行实时监测，并通过数据分析和算法预测设备可能出现的故障。
当设备出现故障时，可以及时报警并采取相应的措施，减少故障带来的影响。
总之，光纤传感技术在航空电子设备中的应用研究具有重要的意义。
它能够提高设备的工作效率和稳定性，提高飞行安全性，同时还能降低维修和运营成本。
随着光纤传感技术的不断发展和完善，相信它在航空电子设备中的应用将会越来越广泛。
光纤耦合光动力传感器的研究
光纤耦合光动力传感器的研究
刘志艳;王玉田
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】1996(015)002
【摘要】介绍一种微功耗敏感探头的原理以及光纤耦合光动力工作的方法。
采用５００ｍ长的光纤传输ＬＤ光功率，其出纤功率达３ｍＷ，可使小于１００μＷ功耗探头稳定可靠工作。
【总页数】3页(P25-27)
【作者】刘志艳;王玉田
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究 [J], 蒋奇;马宾;李术才;李树忱
2.光纤耦合调频差动式电涡流传感器的研究 [J], 王玉田;史锦珊
3.利用光纤耦合衰荡对光纤压力传感器的研究 [J], 王储记
4.基于双芯光子晶体光纤耦合微扰传感器 [J], 蔡俊;陈奂文;董超;高翔;王语章
5.微纳光纤耦合应变传感器 [J], 彭保进;李连琴;马倩倩;王梦娇;王增辉
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单模光纤耦合传感器的设计[1]
![单模光纤耦合传感器的设计[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/67364edbba0d4a7303763a00.png)
单模光纤耦合传感器的设计[1].txt婚姻是键盘，太多秩序和规则；爱情是鼠标，一点就通。
男人自比主机，内存最重要；女人好似显示器，一切都看得出来。
第17卷第11期.. 光学精密工程.. Vo1．17 NO．112009年11月OpticsandPrecisionEngineering NOV．2009文章编号.. 1004—924X(2009)112657—08单模光纤耦合传感器的设计蒋奇，隋青美，马宾..(山东大学控制科学与工程学院，山东济南2500061)摘要：为使单模光纤耦合器可作为传感器应用，分析了单模光纤耦合传感器的敏感机理，依据传感器耦合输出与传感器耦合区长度及耦合区振动频率存在的关系实现了应变和振动检测。
基于微应变仪和等强度悬臂梁搭建了应变和振动检测系统，分析了耦合型光纤传感器的静态响应特性和温度、横向压力干扰对其输出耦合比的影响，讨论了该传感器的低频和高频响应特性。
实验结果显示，该类型传感器对应变的响应非常灵敏，耦合比在1O～9o 的线性关系良好，且温度漂移影响可以稳定在0．5以内。
与压电振动传感器的测试对比，该传感器可更好地实现0～50Hz低频和4kHz高频振动检测。
上述结果表明，耦合型光纤传感器可基本实现对应变和振动参数的检测，但面向实用化还要考虑耦合区材料、结构本身、制作工艺等因素的影响。
关键词：光纤耦合器；应变测量；振动测量；光纤传感器中图分类号：TN253文献标识码：ADesign ofsinglemodeopticfibercouplingsensorJIANG Qi，SUIQing—mei，MA Bin(SchoolofControlScienceandEngineeering，ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：In orderto realizethepossibilityofasinglemodefibrecouplerusedasasensor，thetheoryofanopticfibrecouplingsensorisanalyzed．Accordingtotherelationthatthecoupler’Scouplingrati—..Oissnstvetholdfsdpretcnnbairqeceetoehlgyeiiotecupeueatlngh hageadvirtonfeuny，ad tcintcnoofotanadviaiaatrsprpoetanaiaixprmetlssesdrsrinbrtonprmeesiosd．Thesrindvbrtoneeinaytm baeonamicosrinsrmendacntlvrietrnicplsdsrbditi．r—tanituntaaieesstupandiswokigprnieieciendealThestrain responseofthefibrecoupling sensorisinvestigatedthrough a micro—straintestand theeffectsoftemperatureandtransverseinterferenceontheoutputratio aregiven．Experimentalresults、..indicatethatstrainresponseofthefibrecoupling sensorisexcel llentandthesensortemperaturere—..mainsaconstantinthecouplingratiorangefrom 10 to9O．Thedynamicexperimentsofapiezoe —..lectricsensorandacouplingfiber———opticvibrationsensorareinvestigatedand a0————50Hzlowand4kHzhighfrequencyresponsesareapprovedduringthevibrationtesting．Theseresultsshow thatthesingle—modefibrecouplingsensorcanmeasureavibrationsignalpracticallly，meanwhile，otherinfluen—..ciatrncungtuertrasouetutrsadfbrctonnedtersvengfcosildihefsdpatmaeil，c plrsrcuenaiaieobeoldfongnernppiaisiheftr．reieigalctonntuueKeywords：opticfibercoupler；strainmeasurement；vibrationmeasurement；opticfibersensor收稿日期：2008—10—16；修订日期：2008—12—02．基金项目：国家自然科学基金仪器专项资助项目(No．)；国家教育部博士学科点专项科研基金资助项目..(No．2000)；山东省自然科学基金资助项目(No．Q20007F06)2658光学精密工程第l7卷引言在振动检测、动态测试应用技术中的各种振动传感器，首推测量精度高、频率范围广、电气绝缘、不会引起电网谐振，比机械式和电气式传感器抗干扰性能好的光学式振动传感器。
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单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究[1].txt6宽容润滑了彼此的关系，消除了彼此的隔阂，扫清了彼此的顾忌，增进了彼此的了解。
第22卷第3期.. 传感技术学报.. V01．22 No．32009年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS Mar．2009SingleModeFiber-OpticCouplingAcousticEmissionVibrationSensorandApplicationJIANGQi。
MABin。
LJShu—cai。
LJShu—chenSchooolofControlScienceandEngineeeringShandongUniversity，Jinan250061，..SchooolofcivilEngineeeringShandongUniversity．Jinan250061，ChinaAbstract：Acousticemissioncanresultinvibrationphysicalphenomenon． A newkindofcouplingfiber-op～.. ticvibrationsensorisputforwardandusedtodetectacousticsigna1．Accordingtotherelat ionthattheCOU～..plrScuplngrtoieiiethelnghhaeadirtorqey，aoutcvbainsnsore’oiaissnstvotetcngnvbainfeunccsiirtoebaeptclfbrtpeouesalzdasgndiealeeeintssefcnie rsdonoiaieadcplrinayenddeiendti．Th xprmeytmoatlvevirtonedltosstpeolcrcsnonoplnie —piirtoesraeprbainaddmouainieu．Pizeetiesradcuigfbrotcvbainsnora—..al llellaidonthecantileverandtestedcomparably．ImpulsiveSignalsandPeriodicSignalsar einitiatedandrepnefetvleolcrcsnonculnie—ptcvbainsno．Th xeinasoddefcieybyPizeetiesradopigfbroiirtoesreeprmetl reulsswtahenveoplncuticvbatitcfbrsnooudmetterqurmeisthohttolcuigaos／ironopiieesrcleheientofv～.. brationmeasurementandhashighsensitivity．Throughthetestofrockfailureacoustic，singlemodeopticfieopigvbainsnosfrhridiaefetvnrciatoeetncutcv～brculnirtoesriutenctdaefcieadpatclmehdofdtcigaosiibrto．Th eutppoetahesriodqaiy，hgniitreealtaytarct，ainerslsarvhttesnosgoultihat—nefrbiiy，esofbiaeconvenienttouseandhaslargeapplicationmarkets．.. Keywodsaotcesiigldefbrirtonsnorcpigrto；r kr：cusimison；snemoie；vbaies；oulnaiocEEACC：7230E；7820眦、、-，单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究*蒋奇，马宾，李术才，李树忱..(1．山东大学控制科学与工程学院．济南.. 2500061；2．山东大学岩土与结构工程研究中心，济南.. 2500061)摘要：根据声发射引起的扰动振动现象，提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术。
单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系．分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器，搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统，通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验，对比测试冲击信号和周期信号，验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测。
结合岩石试件破裂实验，进～步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法。
光纤耦合振动传感器以其灵敏度高，制作简单，抗干扰能力强，性价比高，使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中，具有不可比拟的应用前景。
关键词：声发射；单模光纤；振动传感器；耦合；岩石中图分类号：TP253；TP212．13文献标识码：A文章编号：l0004—1699(2OO9)O3一O34O-O5声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的一种现象，有时也称为应力波发射。
材料在应力作用下直接产生变形与裂纹扩展，以致引起结构失效，这是一种直接声发射源；另一种是与变形和断裂机制无直接关系的弹性波源，如流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等，常被称为间接或二次声发射源。
声发射是一种常见现象，其信号的频率范围很宽，从几Hz的次声频，2OHz~20kHz的声频到数MHz的超声频；幅度变基金项目：国家自然基金仪器专项资助(50727904)；教育部博士点基金资助(20 00704222105)；山东省自然科学基金资助(Q20007F06)收稿日期：20008—09—30修改13期：2008一l1一O4第3期蒋奇，马宾等：单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究.. 341化也很大，从.. 10。
的微观位错运动到.. 1 rn量级的地震波等。
近些年来，根据特殊场合声发射引起扰动、振动检测的需要，结合光纤传感技术的特点，国内外研究人员设计了多种多样的用于声发射检测的光纤传感器，如基于各种光纤干涉仪的振动传感器，偏振态调制型的光纤声传感器，基于光偏转法原理的传感器，基于光纤耦合器的声振动传感器等，其中，在光纤通信中的成熟的光纤耦合技术基础上，研制成一种全光纤器件的高性能耦合型光纤声振动传感器，以其测量频带宽，灵敏度高，解调、制作成本低，制作简单等优点，越来越受到重视。
本文以单模光纤耦合器为基本结构，进行器件特殊设计与封装，在分析光纤耦合振动传感机理的基础上，改变单模光纤耦合器的熔融拉锥过程中的结构参数(如耦合长度和耦合区折射率变化)，使之对外界声发射振动有较高灵敏的响应，从而实现对振动参数的监测，并利用该传感器进行了岩石材料的声发射扰动监测验证。
1光纤耦合声发射传感原理与分析单模光纤耦合声发射振动传感器的制作过程跟单模耦合器的制作过程相类似，将两根相同的单模光纤中部的涂覆层剥去，酒精清洗干净，平行置于熔融拉锥机中，放在高温下进行加热熔融，同时通过夹具向光纤的两端拉伸，当拉伸达到一定长度，两光纤之间就会发生能量的交换，最终在光纤的加热区形成双锥形式的特殊波导结构.. _】]。
由于熔融拉伸使加热区的直径逐渐减小，耦合器的性能参数也会随之不断发生变化，形成以包层为纤芯，芯外介质作为新包层的新的复合光波导结构。
如图.. 1所示。
图l熔锥形光纤耦合器结构示意当入射光进入输入端，随着两个光波导逐渐靠近，两个传导模开始发生重叠现象，光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再分配，一部分光功率从.. “直通臂”继续传输，另一部分则由“耦合臂.. ”传到另一光路。
可以假设，光波最初从一个光纤输人，传输一定距离后，这部分光就会逐渐交换到另一光纤内传输，然后又会逐渐返回到最初的光纤中传输，整个传输过程随耦合距离呈周期性的变化与能量交换。
关于该种耦合传感器的耦合模理论，在很多文献中都有分析[ 2]，这里不再给出。
当声发射产生的扰动或振动在传感器的耦合区传播时，会引起耦合区长度和折射率的周期性变化。
这种变化对耦合区光功率的传播产生影响，导致耦合传感器的输出随振动信号的变化而改变。
在外界扰动、振动的作用下，耦合传感器输出端的差动输出功率与入射光功率的关系可以表示为E。
]一.. zT?厂-·sin( )cOs[2 ( ](1)式中，M是扰动造成的耦合常数变化的幅值，为归一化频率，厂为扰动或振动信号的频率，.. z为耦合区长度。
可知，耦合输出是耦合器长度和振动频率的函数。
对应的耦合区长度愈长，传感器的灵敏度越高，但传感器的截止频率就会越低。
所以为了使传感器具有较高的灵敏度和较大的频响区间，试验中要选取合适的传感器耦合区长度。
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言o图2光纤祸舍输出端随耦舍长度的功率变化2光纤耦合声发射实验分析及应用..2．1耦合器振动实验系统由上分析可知，通过对光纤耦合传感器输出变化的测量可实现对扰动振动信号的检测。
当振动频率较低时，由于振动传导在介质内的振动波长较长，振动对耦合区的折射率的变化影响并不明显，振动对耦合输出的影响主要表现为通过特定的结构使振动引起耦合区长度的改变，从而导致耦合输出的变化。
而高频振动信号引起耦合输出的主要表现为振动引起耦合区折射率的变化，导致耦合系数发生变化。
根据光纤耦合器的工作原理，设计了由光源，单模光纤耦合传感器，光电转换，差动接收放大电路，滤波器和信号处理单元几部分组成的扰动振动检测系统，如图3所示，图中。
和分别为耦合器两个端口的解调输出电压，激光光源发出的光进入耦合型光纤振动传感器，传感器的两个输出臂发出的光通过光电二极管接收。
对光电转换后的信号进行比较放大，目的是为了抵消光源输出功率的波动和342传感技术学报.. 2009生外界噪声信号对测量结果的影响。
然后对放大后的电信号进行滤波和.. A／D转换，进入计算机进行信号的显示及进一步分析处理。
图3光纤耦合器振动检测系统框图系统光源采用.. F P—ID半导体激光器，工作波长为.. 13 10nm，输出光功率为.. 3mw。
放大电路前端采用.. AP 0917TP光电二极管，响应时间为.. 0．3ns，最大额定电流为.. 5mA，保证测量转换电路的快速响应。
由于光电转换后信号的电压信号微弱，并且光源的输出功率波动也会对输出电压产生影响，所以，在光电转换后的接收端采用差动放大电路，可以有效地防止光源功率波动和其他干扰对输出结果的影响，放大后的信号通过低通滤波器消除信号中的高频噪音信号。
A／D转换模块采用研祥公司生产的.. ADLI NK2205型A／D转换卡，采样速率为.. 5 00 kHz，分辨率为.. 1 2bit。
..2．2光纤耦合器振动检测实验及分析该耦合型光纤声发射振动传感器是以熔融拉锥型单模光纤耦合器为基础制作的一种光纤振动传感器件，根据耦合器的耦合输出比对耦合区的应变敏感的特性，可将耦合器粘贴在被测物体上实现对被测对象振动的测量，如图4。