專利名稱：基于c型彈簧管的光纖壓力傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體或液體壓力測(cè)量?jī)x器的傳感裝置，尤其是涉及一種基于C型彈簧 管并通過(guò)對(duì)光纖微彎損耗變化的檢測(cè)而達(dá)到壓力傳感目的的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光纖壓力傳感裝置的種類較多，主要包括光強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感裝置、光纖 光柵壓力傳感裝置、光纖干涉壓力傳感裝置等多種類型，后兩者的特點(diǎn)是傳感靈敏度高， 但是實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，存在設(shè)備復(fù)雜、使用運(yùn)行成本高等缺陷和不足，從而使得光纖傳感 裝置的應(yīng)用推廣受到很大限制。在光強(qiáng)度調(diào)制型光纖壓力傳感裝置中又主要有膜片反射 式或微彎損耗式結(jié)構(gòu)。前者主要的缺陷是光纖在傳感裝置中不連續(xù)，存在端面污染問(wèn)題， 影響該光纖傳感裝置的長(zhǎng)期使用精度，后者微彎損耗式主要有兩種類型，一種是鋸齒板周 期微彎損耗式裝置，兩塊經(jīng)嚴(yán)格加工的鋸齒板平行安置，并在兩平行鋸齒板間夾持有光 纖，該裝置中光纖的變形量很小，只有數(shù)百微米導(dǎo)致檢測(cè)范圍小，限制其實(shí)用化及應(yīng)用范 圍；另一種類型是中國(guó)專利93206204.0《光纖傳感壓力頭》、和西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)(2000) Vol. 16No. lp. 69-73的文章《基于C型彈簧管和光纖環(huán)的光纖壓力傳感器》中提出的將光 纖盤(pán)為直徑5-10mm左右的光纖環(huán)數(shù)圈，并通過(guò)夾具安置在固定支架和C型彈簧管之間，在 有壓力變化時(shí)，C型彈簧管的位置相對(duì)于固定支架的變動(dòng)而改變了光纖環(huán)的彎曲曲率，造成 在光纖環(huán)中的光纖傳輸光信號(hào)的彎曲損耗變化，通過(guò)對(duì)該彎曲損耗變化的檢測(cè)，可以獲得 監(jiān)測(cè)壓力的變化，但兩者裝置中的光纖環(huán)均要求直徑在5-10mm左右，而絕大多數(shù)光纖在該 彎曲曲率下均會(huì)有很大的彎曲內(nèi)應(yīng)力，光纖會(huì)在短時(shí)間內(nèi)斷裂，導(dǎo)致該光纖傳感器的失效， 從而限制了該類傳感器的實(shí)用及推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于C型彈簧管的光纖壓力傳感 裝置，采用的是多層光纖微彎結(jié)構(gòu)，不僅增加了檢測(cè)距離，并使該光纖檢測(cè)裝置具有使用壽 命長(zhǎng)、精度高的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于C型彈簧管的光纖壓 力傳感裝置，其特征在于有一個(gè)包含信號(hào)光纖的多層微彎元件安裝于C型彈簧管上。當(dāng)被測(cè)壓力通入C型彈簧管內(nèi)，C型彈簧管有變圓和伸直趨向，C型彈簧管的伸直 位移引起多層微彎元件壓縮，使包含在多層微彎元件內(nèi)的信號(hào)光纖的彎曲曲率變化，從而 使傳輸于信號(hào)光纖內(nèi)的光信號(hào)功率有顯著的變化，通過(guò)測(cè)試儀器的檢測(cè)，達(dá)到了測(cè)定壓力 的大小。由于采用了多層微彎元件，延長(zhǎng)了信號(hào)光纖的有效長(zhǎng)度，并減少了信號(hào)光纖的彎曲 曲率，從而在提高該裝置的精度同時(shí)，大大延長(zhǎng)了信號(hào)光纖的使用壽命。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是有一個(gè)包含參考光纖的多層 光纖微彎元件安裝于固定支架上。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的多層微彎元件是由兩層或兩層以上的平板鋸齒型微彎元件構(gòu)成。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的多層微彎元件是由一 個(gè)曲線型的內(nèi)部包含有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)的兩列變形齒的微彎元件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信 號(hào)光纖。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的多層微彎元件是由一 個(gè)彈簧型的相鄰兩圈彈簧絲上有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)變形齒的微彎元件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有 信號(hào)光纖。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的信號(hào)光纖的一端安置 有光反射裝置，如反射鏡或光纖光柵。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的信號(hào)光纖的一端的延 長(zhǎng)光纖接1X2光分路器的1端，1X2光分路器的2端分別接光源和光功率計(jì)。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的信號(hào)光纖被防水材料包覆。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述的防水材料是阻水油膏。本發(fā)明的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問(wèn)題的方案是所述信號(hào)光纖為外部包有多 層光纖保護(hù)層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等；所述信號(hào)光纖也可 以是塑料光纖、多芯光纖、細(xì)徑光纖或光子晶體光纖。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、操作方法 方便且使用方式靈活、靈敏度高；2、基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，因由多層微彎元件構(gòu)成，大大增加了信 號(hào)光纖的有效彎曲長(zhǎng)度，一方面增加了檢測(cè)的精度和靈敏度，并可以減少信號(hào)光纖的彎曲 曲率，從而延長(zhǎng)了信號(hào)光纖的使用壽命，使該光纖檢測(cè)裝置具有使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；3、基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置由于采用了多層微彎變形器，從而可以使 本裝置可以響應(yīng)更大的壓力作用距離，擴(kuò)展了該裝置的使用范圍。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、 使用效果好，所具有多層微彎元件結(jié)構(gòu)可以大幅度減少信號(hào)光纖彎曲曲率，并大幅度延長(zhǎng) 了信號(hào)光纖的有效長(zhǎng)度，使本發(fā)明的裝置具有更好的精度和更長(zhǎng)的使用壽命。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明第一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一具體實(shí)施方式
的主要部位的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明第二具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明第三具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明第四具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1、圖2所示，本發(fā)明有一個(gè)包含信號(hào)光纖6的多層微彎元件4的兩端通過(guò)夾 具2和夾具8分別安裝于C型彈簧管9和固定支架3上。信號(hào)光纖6的通過(guò)延長(zhǎng)光纖1與 測(cè)試單元5連接，測(cè)試單元5后面連接的是處理單元7，信號(hào)光纖6彎曲曲率的變化會(huì)導(dǎo)致 在信號(hào)光纖6內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘?hào)的變化，通過(guò)測(cè)試單元5可以監(jiān)測(cè)到該光信號(hào)的變化，并通 過(guò)處理單元7進(jìn)行后續(xù)處理。當(dāng)被測(cè)壓力P通入C型彈簧管9內(nèi)，C型彈簧管9有變圓和 伸直趨向，C型彈簧管9的伸直位移帶動(dòng)夾具2，使夾具2與夾具8之間的位置改變，從而 引起多層微彎元件4的壓縮，使包含在多層微彎元件4內(nèi)的信號(hào)光纖6的彎曲曲率變化，從 而使傳輸于信號(hào)光纖6內(nèi)的光信號(hào)功率有顯著的變化，通過(guò)測(cè)試單元5的檢測(cè)，達(dá)到了測(cè)定 壓力P的大小。由于采用了多層微彎元件4，延長(zhǎng)了信號(hào)光纖6的有效長(zhǎng)度，并減少了信號(hào) 光纖6的彎曲曲率，從而在提高該裝置的精度同時(shí)，大大延長(zhǎng)了信號(hào)光纖6的使用壽命。本 實(shí)施例中的多層微彎元件4是由雙層平板型微彎變形器構(gòu)成，當(dāng)然也可根據(jù)需要增加到三 層、四層等更多的層數(shù)，從而可以使本發(fā)明的裝置具有很高的精度和靈敏度。所述信號(hào)光纖6為外部包有多層光纖保護(hù)層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚 酰亞胺涂覆光纖等；所述信號(hào)光纖6也可以是塑料光纖、多芯光纖、細(xì)徑光纖或光子晶體光 纖；或是多根信號(hào)光纖6并排夾持在變形齒間，或是多根信號(hào)光纖6通過(guò)樹(shù)脂合并為信號(hào)光 纖束或信號(hào)光纖帶。所述信號(hào)光纖6和延長(zhǎng)光纖1外部包覆有防水材料，如防水油膏，可進(jìn)一步防止水 分子對(duì)信號(hào)光纖6和延長(zhǎng)光纖1的侵蝕，延長(zhǎng)了信號(hào)光纖6和延長(zhǎng)光纖1的使用壽命。另外，在本實(shí)施例中，可以將一個(gè)有一個(gè)包含參考光纖的多層光纖微彎元件4安 裝于固定支架3上，以補(bǔ)償溫度、震動(dòng)等干擾因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。參考光纖與信號(hào)光纖 6是相同類型的光纖，并且參考光纖與信號(hào)光纖6處于相同的保護(hù)條件下。實(shí)施例2如圖3所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是在信號(hào)光纖6的一端的安置有光 反射鏡23，信號(hào)光纖6的另一端與延長(zhǎng)光纖1連接，延長(zhǎng)光纖1接1X2光分路器20，1X2光 分路器20的2端分別接穩(wěn)定光源21和光探測(cè)器22，穩(wěn)定光源21和光探測(cè)器22又與處理 單元7連接，這樣可以使信號(hào)光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘?hào)兩次通過(guò)信號(hào)光纖6的彎曲部分，進(jìn)一 步提高了本檢測(cè)裝置的精度和靈敏度。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖4所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是多層微彎元件4是由一個(gè)螺旋型 的內(nèi)部包含有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)的兩列變形齒的微彎元件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信號(hào)光纖6。 本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4如圖5所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是多層微彎元件4是由一個(gè)彈簧型 的相鄰兩圈彈簧絲30上有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)變形齒的微彎元件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信號(hào) 光纖6。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于有一個(gè)包含信號(hào)光纖的多層微彎元件安裝于C型彈簧管上。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于有一個(gè) 包含參考光纖的多層光纖微彎元件安裝于固定支架上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所 述的多層微彎元件是由兩層或兩層以上的平板鋸齒型微彎元件構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所 述的多層微彎元件是由一個(gè)曲線型的內(nèi)部包含有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)的兩列變形齒的微彎元件 構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信號(hào)光纖。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所 述的多層微彎元件是由一個(gè)彈簧型的相鄰兩圈彈簧絲上有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)變形齒的微彎元 件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信號(hào)光纖。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所述的 信號(hào)光纖的一端安置有光反射裝置。
7.按照權(quán)利要求6所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所述的 信號(hào)光纖的一端的延長(zhǎng)光纖接1X2光分路器的1端，1X2光分路器的2端分別接光源和光功 率計(jì)。
8.按照權(quán)利要求1所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所述的 信號(hào)光纖被防水材料包覆。
9.按照權(quán)利要求8所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所述的 防水材料是阻水油膏。
10.按照權(quán)利要求1所述的基于C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，其特征在于所述信 號(hào)光纖是塑料光纖、多芯光纖、細(xì)徑光纖或光子晶體光纖，以及為外部包有多層光纖保護(hù)層 的光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種C型彈簧管的光纖壓力傳感裝置，有一個(gè)包含信號(hào)光纖的多層微彎元件安裝于C型彈簧管上。當(dāng)被測(cè)壓力通入C型彈簧管內(nèi)，C型彈簧管有變圓和伸直趨向，C型彈簧管的伸直位移引起多層微彎元件壓縮，使包含在多層微彎元件內(nèi)的信號(hào)光纖的彎曲曲率變化，從而使傳輸于信號(hào)光纖內(nèi)的光信號(hào)功率有顯著的變化，通過(guò)測(cè)試儀器的檢測(cè)，達(dá)到了測(cè)定壓力的大小。由于采用了多層微彎元件，延長(zhǎng)了信號(hào)光纖的有效長(zhǎng)度，并減少了信號(hào)光纖的彎曲曲率，從而在提高該裝置的精度同時(shí)，大大延長(zhǎng)了信號(hào)光纖的使用壽命，使本發(fā)明的裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01L11/02GK101922989SQ20101022562
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者杜兵, 杜蔚, 杜迎濤 申請(qǐng)人:西安金和光學(xué)科技有限公司