專利名稱：具有限位板的彈簧型光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，尤其是涉及一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光纖傳感器的種類非常多，主要包括光強(qiáng)度調(diào)整型光纖傳感器、光纖光柵傳感器、光纖干涉?zhèn)鞲衅鞯榷喾N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，從而使得光纖傳感器的應(yīng)用推廣受到很大限制。尤其是對(duì)較高靈敏度的光纖傳感器，會(huì)受使用過(guò)程中各種環(huán)境條件的影響，如光纖干涉?zhèn)鞲衅?，由于其靈敏度很高，應(yīng)用于實(shí)際條件后，發(fā)現(xiàn)溫度、氣壓、振動(dòng)等環(huán)境因素均會(huì)對(duì)其工作參數(shù)造成影響，因而實(shí)際使用時(shí)，不得不采取多種措施來(lái)防止和剔除上述環(huán)境因素的影響， 從而使得其監(jiān)測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來(lái)越趨于復(fù)雜化，且運(yùn)行使用成本大幅提高。而光纖微彎傳感器是一種光強(qiáng)度調(diào)制的傳感器，具有成本低、靈敏度高以及一定的環(huán)境抗干擾能力等特點(diǎn)，其是基于光纖的彎曲或微彎損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)改變光纖的彎曲程度，從而導(dǎo)致輸出光功率的變化。光功率損耗的原理是當(dāng)光纖受到彎曲擾動(dòng)的時(shí)候，將會(huì)產(chǎn)生彎曲損耗，主要是微彎損耗和宏彎損耗。兩者彎曲損耗均是由于光纖彎曲時(shí)導(dǎo)致纖芯中的部分導(dǎo)模耦合至包層引起的，兩者損耗均可以根據(jù)Marcuse的理論公式計(jì)算彎曲損耗大小，其公式如下Pout = Pin exp (- γ S)其中，Pout為輸出光功率，Pin為輸入光功率，、是彎曲損耗系數(shù)，S為彎曲弧長(zhǎng)。 可以看出光纖的彎曲損耗系數(shù)Y越大，即光纖彎曲半徑越小，則損耗越大，但彎曲半徑過(guò)小會(huì)導(dǎo)致光纖壽命大幅度減少，影響衰減器的使用壽命，所以實(shí)際應(yīng)用中光纖的彎曲半徑是受限制的；另一方面，在相同的彎曲損耗系數(shù)Y下，若增加彎曲弧長(zhǎng)S，則可增大衰減，可以通過(guò)大幅度增加彎曲弧長(zhǎng)S，達(dá)到大幅度提高光纖衰減器的動(dòng)態(tài)范圍和精度的目的。中國(guó)專利87107210提供的方案是以光纖的微彎損耗為主來(lái)實(shí)現(xiàn)微彎光纖應(yīng)力計(jì)，但由于其是通過(guò)兩塊平板來(lái)實(shí)現(xiàn)的，平板的尺寸不可能太大，使得可以彎曲的光纖長(zhǎng)度受到限制，妨礙了該類光纖衰減器的動(dòng)態(tài)范圍和精度的提高。另外，兩塊板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可調(diào)節(jié)距離最大只有數(shù)百微米，且運(yùn)動(dòng)時(shí)兩塊板須保持基本平行，同時(shí)由于彎曲應(yīng)力的存在使得光纖壽命影響較大，所以此類衰減器對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)有較高要求，不僅增加了實(shí)施成本， 同樣也限制了該類光纖衰減器的動(dòng)態(tài)范圍和精度提高，同時(shí)由于彎曲應(yīng)力的存在對(duì)光纖的壽命有較大影響，如何防止讓光纖承受過(guò)大的彎曲應(yīng)力也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、操作方便且使用靈活，有效防止了光纖出現(xiàn)過(guò)小的彎曲半徑，進(jìn)而使得光纖能承受過(guò)大的彎曲應(yīng)力，大大延長(zhǎng)了光纖的使用壽命，同時(shí)具有一定的環(huán)境抗干擾能力，靈敏度高，以及使用范圍廣的特點(diǎn)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于包括多圈彈簧型構(gòu)件、用于測(cè)試所述多圈彈簧型構(gòu)件彎曲損耗變化的測(cè)試單元和用于處理測(cè)試單元測(cè)試數(shù)據(jù)的處理單元，所述多圈彈簧型構(gòu)件兩端與測(cè)試單元相接，所述測(cè)試單元還與處理單元相接，所述多圈彈簧型構(gòu)件由彈簧絲螺旋繞制而成，所述彈簧絲上表面均勻布設(shè)有上變形齒，所述彈簧絲下表面均勻布設(shè)有下變形齒，所述上變形齒和下變形齒在彈簧絲上呈對(duì)稱布設(shè)，且每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒和上變形齒交錯(cuò)對(duì)應(yīng)，每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒與上變形齒之間設(shè)置有信號(hào)光纖，所述信號(hào)光纖與測(cè)試單元相接；每相鄰兩圈彈簧絲之間設(shè)置有限位板，所述限位板一端與所述彈簧絲固定連接，所述限位板另一端與其相對(duì)的所述彈簧絲之間有預(yù)設(shè)距離。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述限位板為條形限位板、 U型限位板或F型限位板。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述F型限位板為F型透鏡，且相鄰F型限位板下端相連接。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述限位板上設(shè)置有供信號(hào)光纖穿過(guò)的通道。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述信號(hào)光纖通過(guò)傳輸光纖與測(cè)試單元相接。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述信號(hào)光纖為緊套光纖、 碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖、塑料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、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理且使用靈活。2、操作方便，該光纖傳感器將多圈彈簧型構(gòu)件與測(cè)試單元和處理單元配合使用， 有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)較大范圍作用力進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、可靠、快速測(cè)試。3、有效防止了光纖出現(xiàn)過(guò)小的彎曲半徑，進(jìn)而使得光纖能承受過(guò)大的彎曲應(yīng)力， 大大延長(zhǎng)了光纖的使用壽命，該光纖傳感器通過(guò)限位板的設(shè)置，防止了光纖的彎曲半徑過(guò)小，進(jìn)而保證了信號(hào)光纖的壽命，提高了光纖傳感器的使用壽命。4、還具有一定的環(huán)境抗干擾能力，靈敏度高，使用范圍廣的特點(diǎn)。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中多圈彈簧型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中多圈彈簧型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中多圈彈簧型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-傳輸光纖； 2-上變形齒； 3-下變形齒；4-彈簧絲；5-測(cè)試單元； 6-信號(hào)光纖；7-處理單元； 8-限位板。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1和2所示的一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，包括多圈彈簧型構(gòu)件、用于測(cè)試所述多圈彈簧型構(gòu)件彎曲損耗變化的測(cè)試單元5和用于處理測(cè)試單元5測(cè)試數(shù)據(jù)的處理單元7，所述多圈彈簧型構(gòu)件兩端與測(cè)試單元5相接，所述測(cè)試單元5還與處理單元 7相接，所述多圈彈簧型構(gòu)件由彈簧絲4螺旋繞制而成，所述彈簧絲4上表面均勻布設(shè)有上變形齒2，所述彈簧絲4下表面均勻布設(shè)有下變形齒3，所述上變形齒2和下變形齒3在彈簧絲4上呈對(duì)稱布設(shè)，且每相鄰兩圈彈簧絲4下變形齒3和上變形齒2交錯(cuò)對(duì)應(yīng)，每相鄰兩圈彈簧絲4下變形齒3與上變形齒2之間設(shè)置有信號(hào)光纖6，所述信號(hào)光纖6與測(cè)試單元5 相接；每相鄰兩圈彈簧絲4之間設(shè)置有限位板8，所述限位板8 一端與所述彈簧絲4固定連接，所述限位板8另一端與其相對(duì)的所述彈簧絲4之間有預(yù)設(shè)距離。本實(shí)施例中，所述限位板8為條形限位板，且所述限位板8上設(shè)置有供信號(hào)光纖6 穿過(guò)的通道；所述信號(hào)光纖6通過(guò)傳輸光纖1與測(cè)試單元5相接。所述信號(hào)光纖6為緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖、塑料光纖或光子晶體光纖。所述限位板8另一端與其相對(duì)的所述彈簧絲4之間的預(yù)設(shè)距離為兩個(gè)相鄰彈簧絲靠近或疏遠(yuǎn)的最大值，使得相鄰兩圈彈簧絲4在壓力下壓縮至限位板的高度時(shí)就不能再壓縮了，這樣防止了信號(hào)光纖6的彎曲半徑過(guò)小而影響其使用壽命，進(jìn)而保證了該光纖傳感器的使用壽命在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)。工作時(shí)，當(dāng)多圈彈簧型構(gòu)件的兩端受應(yīng)力作用兩端位置改變時(shí)，如多圈彈簧型構(gòu)件在拉應(yīng)力下伸長(zhǎng)或在壓應(yīng)力下縮短時(shí)，則構(gòu)成多圈彈簧型構(gòu)件中相鄰兩圈的彈簧絲4之間距離拉大或縮小，從而使彈簧絲4中的上變形齒2與下變形齒3之間的增大或減小，變形齒2與下變形齒3之間的增大或減小使得信號(hào)光纖6的彎曲曲率減小或增大，信號(hào)光纖6 的彎曲曲率減小或增大使得信號(hào)光纖6中的傳輸光信號(hào)功率增大或減少，該變化通過(guò)測(cè)試單元5進(jìn)行測(cè)試，而后經(jīng)處理單元7對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其中，測(cè)試單元5可以是光源和光功率計(jì)，也可以選用光時(shí)域反射技術(shù)(OTDR)及相干頻率調(diào)制連續(xù)波技術(shù)(FMCW)來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式或分布式測(cè)量。實(shí)施例2如圖3所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是所述限位板8為U型限位板。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)施例三如圖4所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是所述限位板8為雙F字型限位板， 所述雙F字型限位板中的一個(gè)為F字型鏡像，且兩個(gè)F字型限位板的下端相連接。該限位板不僅能防止彈簧絲4的過(guò)度壓縮，也可以防止彈簧絲4的過(guò)度拉伸。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
1.一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于包括多圈彈簧型構(gòu)件、用于測(cè)試所述多圈彈簧型構(gòu)件彎曲損耗變化的測(cè)試單元( 和用于處理測(cè)試單元( 測(cè)試數(shù)據(jù)的處理單元(7)，所述多圈彈簧型構(gòu)件兩端與測(cè)試單元( 相接，所述測(cè)試單元( 還與處理單元(7)相接，所述多圈彈簧型構(gòu)件由彈簧絲(4)螺旋繞制而成，所述彈簧絲(4)上表面均勻布設(shè)有上變形齒O)，所述彈簧絲(4)下表面均勻布設(shè)有下變形齒(3)，所述上變形齒O) 和下變形齒( 在彈簧絲(4)上呈對(duì)稱布設(shè)，且每相鄰兩圈彈簧絲(4)下變形齒( 和上變形齒( 交錯(cuò)對(duì)應(yīng)，每相鄰兩圈彈簧絲(4)下變形齒(3)與上變形齒( 之間設(shè)置有信號(hào)光纖(6)，所述信號(hào)光纖(6)與測(cè)試單元( 相接；每相鄰兩圈彈簧絲(4)之間設(shè)置有限位板(8)，所述限位板⑶一端與所述彈簧絲⑷固定連接，所述限位板⑶另一端與其相對(duì)的所述彈簧絲(4)之間有預(yù)設(shè)距離。
2.按照權(quán)利要求1所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述限位板 (8)為條形限位板、U型限位板或F型限位板。
3.按照權(quán)利要求2所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述F型限位板為F型透鏡，且相鄰F型限位板下端相連接。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述限位板(8)上設(shè)置有供信號(hào)光纖(6)穿過(guò)的通道。
5.按照權(quán)利要求1所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述信號(hào)光纖(6)通過(guò)傳輸光纖(1)與測(cè)試單元( 相接。
6.按照權(quán)利要求1所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特征在于所述信號(hào)光纖(6)為緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖、塑料光纖或光子晶體光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，包括多圈彈簧型構(gòu)件、用于測(cè)試多圈彈簧型構(gòu)件彎曲損耗變化的測(cè)試單元和用于處理測(cè)試單元測(cè)試數(shù)據(jù)的處理單元，多圈彈簧型構(gòu)件兩端與測(cè)試單元相接，測(cè)試單元還與處理單元相接，多圈彈簧型構(gòu)件由彈簧絲螺旋繞制而成，彈簧絲上表面均勻布設(shè)有上變形齒，彈簧絲下表面均勻布設(shè)有下變形齒，上變形齒和下變形齒在彈簧絲上呈對(duì)稱布設(shè)，且每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒和上變形齒交錯(cuò)對(duì)應(yīng)，每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒與上變形齒之間設(shè)置有信號(hào)光纖；每相鄰兩圈彈簧絲之間兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有限位板。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，能承受較大彎曲應(yīng)力，使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01D5/353GK102478412SQ201010558429
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者杜兵 申請(qǐng)人:西安金和光學(xué)科技有限公司