專利名稱：基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓力傳感裝置，尤其是涉及一種基于多層型光纖微彎損耗的 通用型壓力感測裝置。
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)，存在端面污染問題，影響 該光纖傳感裝置的長期使用精度，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)致檢測范圍小，限制其實(shí)用化及應(yīng)用范圍；另 一種類型是中國專利93206204.0《光纖傳感壓力頭》、和西安理工大學(xué)學(xué)報Q000)Vol. 16 No. Ip. 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》中提出的將光纖盤為 直徑5-10mm左右的光纖環(huán)數(shù)圈，并通過夾具安置在固定支架和C型彈簧管之間，在有壓力 變化時，C型彈簧管的位置相對于固定支架的變動而改變了光纖環(huán)的彎曲曲率，造成在光纖 環(huán)中的光纖傳輸光信號的彎曲損耗變化，通過對該彎曲損耗變化的檢測，可以獲得監(jiān)測壓 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 率下均會有很大的彎曲內(nèi)應(yīng)力，光纖會在短時間內(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，本實(shí)用新型提供一種基于微彎損耗的光纖壓力傳 感裝置，采用的是多層光纖微彎結(jié)構(gòu)，不僅增加了檢測距離，并使該光纖檢測裝置具有使用 壽命長、精度高的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種基于光纖微彎損耗的 通用型壓力感測裝置，其特征在于包括一圓柱形腔體，所述的圓柱形腔體的一端是由一基 板封閉，另一端固定有波紋片，在所述的基板和波紋片之間固定有包含信號光纖的多層微 彎元件，信號光纖通過延長光纖與測試單元相接。當(dāng)被測壓力作用在波紋片時，波紋片發(fā)生微小變形，多層微彎元件感測到波紋片 的變形并使包含在多層微彎元件內(nèi)的信號光纖的彎曲曲率變化，從而使傳輸于信號光纖內(nèi) 的光信號功率有顯著的變化，通過測試單元的檢測，達(dá)到了測定壓力的大小。由于采用了多 層微彎元件，延長了信號光纖的有效長度，并減少了信號光纖的彎曲曲率，從而在提高該裝 置的精度同時，大大延長了信號光纖的使用壽命。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是有一個包含參考光纖的多層光纖微彎元件安裝于圓柱形腔體內(nèi)。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問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。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的多層微彎元件是 由一個曲線型的內(nèi)部包含有相互交錯對應(yīng)的兩列變形齒的微彎元件構(gòu)成，兩列變形齒間夾 有信號光纖。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的多層微彎元件是 由一個彈簧型的相鄰兩圈彈簧絲上有相互交錯對應(yīng)變形齒的微彎元件構(gòu)成，兩列變形齒間 夾有信號光纖。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的信號光纖的一端 安置有光反射裝置，如反射鏡或光纖光柵。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的信號光纖的一端 的延長光纖接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)。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的圓柱形腔體的內(nèi) 壁上端邊沿和下端邊沿又分別固定有內(nèi)圓柱形腔體A和內(nèi)圓柱形腔體B，在內(nèi)圓柱形腔體A 的下端安置有波紋片，內(nèi)圓柱形腔體B的上端安置有基板。圓柱形腔體的膨脹系數(shù)與內(nèi)圓 柱形腔體A和內(nèi)圓柱形腔體B的膨脹系數(shù)不同。兩個及兩個以上的多層微彎元件中的信號光纖通過延長光纖串聯(lián)在一起，形成準(zhǔn) 分布式光纖傳感系統(tǒng)。在兩個多層微彎元件之間的延長光纖上安置有光反射裝置，如光纖光柵。在所述的基板上有調(diào)整螺桿。在所述的基板上有平衡內(nèi)外壓力的孔。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的信號光纖被防水 材料包覆。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的防水材料是阻水油膏。本實(shí)用新型的光纖傳感器解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述信號光纖為外部包 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。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、基于光纖微彎的通用型壓力感測裝置，該傳感器結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、操作方法 方便且使用方式靈活、靈敏度高；2、基于光纖微彎的通用型壓力感測裝置，因由多層微彎元件構(gòu)成，大大增加了信 號光纖的有效彎曲長度，一方面增加了檢測的精度和靈敏度，并可以減少信號光纖的彎曲 曲率，從而延長了信號光纖的使用壽命，使該光纖檢測裝置具有使用壽命長的特點(diǎn)；3、基于光纖微彎的通用型壓力感測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，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、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光纖彎曲曲率，并大幅度延長了信號光纖的有效長度，使本實(shí)用新型的裝置具有更好的精度和更長的使用壽命。下面通過附圖和實(shí)施例，對實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本實(shí)用新型第一具體實(shí)施方式
的部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型第一具體實(shí)施方式
的主要部位的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型第二具體實(shí)施方式
的部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型第二具體實(shí)施方式
的主要部位的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型第三具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型第四具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明
1-延長光纖；4-1-下變形齒；4-2-上變形齒；4-曲線型殼體■’5-測試單元；6-信號光纖■’7-處理單元■’8-彈簧絲■’11-固定點(diǎn)■’12-內(nèi)圓柱形腔體A13-波紋片■’14-傳導(dǎo)柱■’15-基板■’16-調(diào)整螺桿■’17-內(nèi)圓柱形腔體B ；18-基板■’19-圓柱形腔體■’20-透氣孔■’21-1X2光分路器■’22-光反射器。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型有一個包含信號光纖6的由曲線型殼體4構(gòu)成的多 層微彎元件，固定于所述的曲線型殼體4內(nèi)的下變形齒4-1和上變形齒4-2交錯對應(yīng)并在 兩者之間夾持有信號光纖6，信號光纖6通過延長光纖1與測試單元5連接，測試單元5后 面接處理單元7，在曲線型殼體4外是兩層腔體，圓柱形腔體19的內(nèi)壁上端邊沿和下端邊沿 又分別固定有內(nèi)圓柱形腔體A12和內(nèi)圓柱形腔體B17，在內(nèi)圓柱形腔體A12的下端安置有波 紋片13，內(nèi)圓柱形腔體B17的上端安置有基板18。波紋片13通過傳導(dǎo)柱14將所受到的壓 力傳遞給構(gòu)成多層微彎元件的曲線型殼體4，從而導(dǎo)致固定于所述的曲線型殼體4內(nèi)的下 變形齒4-1和上變形齒4-2之間的距離改變，使夾持兩者變形齒之間的信號光纖6的彎曲 曲率改變，導(dǎo)致在信號光纖內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘柟β实淖兓?，測試單元5通過延長光纖1獲取 該變化并將該數(shù)值傳遞給處理單元7，處理單元計(jì)算出壓力的大小。圓柱形腔體19的膨脹 系數(shù)與內(nèi)圓柱形腔體A12和內(nèi)圓柱形腔體B17的膨脹系數(shù)不同，這是典型的橋式溫度補(bǔ)償 結(jié)構(gòu)，通過選擇合適膨脹系數(shù)的材料可以使本傳感裝置消減溫度的影響?；?5與調(diào)整螺 桿16相接，調(diào)整螺桿16與內(nèi)圓柱形腔體B17的基板18是螺紋配合，通過調(diào)整螺桿16的調(diào)
5節(jié)使傳感裝置處于最佳狀態(tài)，基板18上有透氣孔20。所述信號光纖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；或是多根信號光纖6并排夾持在變形齒間，或是多根信號光纖6通過樹脂合并為信號光 纖束或信號光纖帶。所述信號光纖6和延長光纖1外部包覆有防水材料，如防水油膏，可進(jìn)一步防止水 分子對信號光纖6和延長光纖1的侵蝕，延長了信號光纖6和延長光纖1的使用壽命。實(shí)施例2如圖3、圖4所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是多圈微彎元件是由一個彈簧 型的相鄰兩圈彈簧絲8上有相互交錯對應(yīng)變形齒的元件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信號光纖 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3如圖5所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是在信號光纖6的一端的安置有光 反射器22，信號光纖6的另一端與延長光纖1連接，延長光纖1接1X2光分路器21，1X2光 分路器21的2端接測試單元5，該測試單元5是由穩(wěn)定光源和光功率計(jì)構(gòu)成，也即是1X2光 分路器21的2端分別接穩(wěn)定光源和光功率計(jì)，測試單元5又與處理單元7連接，這樣可以 使信號光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘杻纱瓮ㄟ^信號光纖6的彎曲部分，進(jìn)一步提高了本檢測裝置 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4如圖6所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例3不同的是有兩個構(gòu)成多層微彎元件的曲線 型殼體4中的信號光纖通過延長光纖串聯(lián)在一起，形成準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)，在兩個曲 線型殼體4中之間的延長光纖上安置有光反射器22，如光纖光柵，當(dāng)然優(yōu)選的做法是選用 低反射率的光纖光柵。這時測試單元5的優(yōu)選是使用光時域反射計(jì)(OTDR)，通過光時域反 射計(jì)的測試曲線可以得到任意一個壓力傳感器的壓力變化，進(jìn)一步的可以通過測量光反射 器22的高度反應(yīng)出該光反射器22前面的壓力傳感器的變化，從而進(jìn)一步提高測試精度。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3相同。構(gòu)成多圈微彎元件也可以是由兩層或兩層以上的平板鋸齒型微彎元件構(gòu)成。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于包括一圓柱形腔體，所述 的圓柱形腔體的一端是由一基板封閉，另一端固定有波紋片，在所述的基板和波紋片之間 固定有包含信號光纖的多層微彎元件，信號光纖通過延長光纖與測試單元相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于有 一個包含參考光纖的多層光纖微彎元件安裝于圓柱形腔體內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，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所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于所 述的多層微彎元件是由一個曲線型殼體構(gòu)成，在曲線型殼體的內(nèi)部包含有相互交錯對應(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光纖。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于所 述的多層微彎元件是由一個彈簧型的相鄰兩圈彈簧絲上有相互交錯對應(yīng)變形齒的微彎元 件構(gòu)成，兩列變形齒間夾有信號光纖。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于所 述的信號光纖的一端安置有光反射器。
7.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于所 述的信號光纖的一端的延長光纖接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所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于所 述的圓柱形腔體的內(nèi)壁上端邊沿和下端邊沿又分別固定有內(nèi)圓柱形腔體A和內(nèi)圓柱形腔 體B，在內(nèi)圓柱形腔體A的下端安置有波紋片，內(nèi)圓柱形腔體B的上端安置有基板，圓柱形腔 體的膨脹系數(shù)與內(nèi)圓柱形腔體A和內(nèi)圓柱形腔體B的膨脹系數(shù)不同。
9.按照權(quán)利要求1所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于兩 個及兩個以上的多層微彎元件中的信號光纖通過延長光纖串聯(lián)在一起。
10.按照權(quán)利要求9所述的基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，其特征在于在 兩個多層微彎元件之間的延長光纖上安置有光反射器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于光纖微彎損耗的通用型壓力感測裝置，包括一圓柱形腔體，所述的圓柱形腔體的一端是由一基板封閉，另一端固定有波紋片，在所述的基板和波紋片之間固定有包含信號光纖的多層微彎元件。當(dāng)被測壓力作用在波紋片時，波紋片變形并將該力值傳遞給多層微彎元件，引起多層微彎元件壓縮，使包含在多層微彎元件內(nèi)的信號光纖的彎曲曲率變化，從而使傳輸于信號光纖內(nèi)的光信號功率有顯著的變化，通過測試單元的檢測，達(dá)到了測定壓力的大小。由于采用了多層微彎元件，延長了信號光纖的有效長度，并減少了信號光纖的彎曲曲率，從而在提高該裝置的精度同時，大大延長了信號光纖的使用壽命，使本實(shí)用新型的裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01L11/02GK201885836SQ201020507070
公開日2011年6月29日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司