專利名稱：光纖力學(xué)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光纖力學(xué)量傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
新型光纖力學(xué)量傳感器是構(gòu)成測(cè)量構(gòu)件等應(yīng)變(應(yīng)力)壓力、損傷以及振動(dòng)等的傳感器。以構(gòu)件應(yīng)變測(cè)量為例。傳統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量是采用已廣泛使用電阻應(yīng)變片。這種元件體積極小，但靈敏度不高，每次測(cè)量需進(jìn)行調(diào)整，穩(wěn)定性差，怕潮濕，易受電磁干攏；在使用中亦很難構(gòu)成傳感器網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)大面積測(cè)量，光纖應(yīng)變傳感器則靈敏度高，測(cè)量重復(fù)性好，穩(wěn)定性高，可以單點(diǎn)測(cè)量，也可以構(gòu)成分布式傳感器網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)大范圍測(cè)量，抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。以往已研制的光纖應(yīng)變傳感器主要有兩大類一類為微彎型，另一類為干涉計(jì)型，微彎型是利用外力作用下，附加機(jī)構(gòu)段光纖局部產(chǎn)生微彎，導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)男孤┠Ｔ黾?，光功率從微彎處漏出，使傳輸?shù)墓夤β首冃?，從而測(cè)量出加在光纖上應(yīng)變的大小。這類光纖傳感器的光纖大部分是用塑料光纖，但因?yàn)榇朔N光纖的軟化點(diǎn)低，應(yīng)用受到限制，而且這種傳感器需要導(dǎo)引應(yīng)變的附加裝置，因而使用上結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。另一類干涉計(jì)型傳感器，是利用光的干涉原理，當(dāng)外加應(yīng)變至測(cè)量臂時(shí)，光纖中傳輸光的相位等發(fā)生變化，和參考臂的光發(fā)生干涉，干涉條紋的變化與新加應(yīng)變有關(guān)。這種傳感器靈敏度很高，但是易受其他因素干擾，工作難以穩(wěn)定，或者應(yīng)用特種光纖來(lái)克服不穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)也是復(fù)雜的。
本實(shí)用新型的目的在于克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)一種新型光纖力學(xué)量傳感器。使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，測(cè)量靈敏度高，工作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種光纖力學(xué)量傳感器，由外套及裝在該外套中的光纖傳感元所組成，其特征在于所說(shuō)的光纖傳感元由截面積不同的相間排列的多段腐蝕段與未腐蝕段所構(gòu)成。
本實(shí)用新型所述的傳感器的工作原理為當(dāng)兩段具有不同截面積的光纖連接在一起時(shí)，其連接損耗和連接區(qū)的模體積有關(guān)。當(dāng)外加應(yīng)力作用于光纖(例如，拉伸)光纖的長(zhǎng)度(應(yīng)變效應(yīng))，半徑變化(泊松效應(yīng))，折射率變化(光彈效應(yīng))，導(dǎo)致模體積發(fā)生變化。當(dāng)一束激光射入光纖后，接收到有應(yīng)力作用時(shí)光強(qiáng)的變化(損耗)就可測(cè)得應(yīng)力的大小。
本實(shí)用新型所述的截面積不同相間排列的梳狀結(jié)構(gòu)光纖傳感元是采用半導(dǎo)體制作工藝的光刻、腐蝕方法制成的，光纖腐蝕段的截面積由腐蝕時(shí)間長(zhǎng)短加以控制。
本實(shí)用新型所述光纖傳感元長(zhǎng)度約為30～50毫米，所說(shuō)腐蝕段長(zhǎng)度為0.1～0.5毫米，所說(shuō)腐蝕段長(zhǎng)度與未腐蝕段長(zhǎng)度為之比≤1。其靈敏度可達(dá)50以上。
用本實(shí)用新型所述的這種光纖傳感器構(gòu)成力學(xué)量傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，測(cè)量靈敏度高，工作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，便于組成傳感器網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)大面積測(cè)量，可廣泛用于應(yīng)變、壓力、振動(dòng)、位移等測(cè)量。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；本實(shí)用新型提供兩種光纖應(yīng)力傳感器實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)如圖1～2所示，結(jié)合附圖詳細(xì)描述如下實(shí)施例1為一種園柱型光纖應(yīng)力傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，1為光纖傳感元，它由相間排列的腐蝕段和末腐蝕段所構(gòu)成，2為不銹鋼外套管(可采用醫(yī)用針頭不銹鋼管)，鋼管的內(nèi)徑略大于光纖的外徑封裝時(shí)，鋼管內(nèi)要去油，光纖兩端去除外表面的二次涂復(fù)后與鋼管用膠或樹脂3封裝成一體。這種封裝的傳感器既可用于構(gòu)件表面應(yīng)力測(cè)量，也可埋沒(méi)于構(gòu)件內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量。
實(shí)施例2為平板式光纖應(yīng)力傳感器。其特點(diǎn)是由兩片粘合在一起的彈簧片22(例如磷青銅片)構(gòu)成傳感器外套。每片彈簧片上相對(duì)位置有一凹槽，所說(shuō)的光纖傳感元封裝在兩凹槽中。封裝時(shí)，先將光纖傳感元放入一片彈簧片的凹槽中，光纖傳感元21兩端去涂復(fù)層后用膠或樹脂23與彈簧片固定在一起，上面再用一片同樣的彈簧片蓋上(圖中未畫出)，兩彈簧片之間用膠粘合成一體。這種封裝的傳感器既可用于構(gòu)件表面，也可埋入構(gòu)件內(nèi)部，但要注意使應(yīng)力垂直于彈簧片面。
應(yīng)用本實(shí)用新型傳感器可配以穩(wěn)定化的LED或激光源，雙路法檢測(cè)信號(hào)，用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，即可成為一種新型光纖力學(xué)量傳感器。
權(quán)利要求1.一種光纖力學(xué)量傳感器，由外套及封裝在該外套中的光纖傳感元所組成，其特征在于所說(shuō)的光纖傳感元由截面積不同的相間排列的多段腐蝕段與未腐蝕段光纖構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所說(shuō)的光纖傳感元長(zhǎng)度為30～50毫米，所說(shuō)腐蝕段長(zhǎng)度為0.1～0.5毫米，所說(shuō)腐蝕段長(zhǎng)度與未腐蝕段長(zhǎng)度之比≤1。
3.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于所說(shuō)外套為內(nèi)徑略大于所說(shuō)光纖外徑的不銹鋼管。
4.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于所說(shuō)的外套由兩片粘合在一起的彈簧片所組成，每片彈簧片上相對(duì)位置有凹槽，所說(shuō)的光纖封裝在兩凹槽中。
專利摘要本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，由外套及封裝在該外套中的光纖傳感元所組成，其特征在于所說(shuō)的光纖傳感元由截面積不同的相間排列的多段腐蝕段與未腐蝕段光纖構(gòu)成。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，測(cè)量靈敏度高，工作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/24GK2183561SQ9420387
公開(kāi)日1994年11月23日 申請(qǐng)日期1994年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月25日
發(fā)明者查開(kāi)德, 唐平生 申請(qǐng)人:清華大學(xué)