專利名稱:光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器,屬光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景傳統(tǒng)用于建筑結(jié)構(gòu)的傳感器有機(jī)械電容式、電渦流式、電感式及光電式等,這些傳感器都存在零漂需間斷地標(biāo)定、導(dǎo)線長(zhǎng)度短、量程小、需電絕緣、不耐高壓和腐蝕、受溫度和電磁干擾影響較大、對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格等缺點(diǎn)。新出現(xiàn)的Elastica型光纖傳感器基于光纖彎曲損耗的傳感機(jī)理,通過(guò)對(duì)單一的自由懸垂光纖段的兩端施加力或力矩,使其變形而導(dǎo)致光纖的輸出功率產(chǎn)生變化,從而測(cè)定物體的應(yīng)變量;該傳感器的端光纖在施加力或力矩時(shí)兩端的側(cè)面是不受力的,而是通過(guò)自由懸垂光纖的變形實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖彎曲損耗的控制,因而具有成本低、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。但該傳感器只適用于壓縮變形,若欲獲取拉伸變形,就必須先預(yù)彎傳感段光纖,由此會(huì)不可避免地導(dǎo)致光信號(hào)損耗和量程的降低。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有光纖傳感器件預(yù)彎損耗和量程降低的問(wèn)題,利用光纖彎曲損耗的特點(diǎn),提供一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器,本實(shí)用新型的技術(shù)方案是該傳感器包括相互配合的“L”形和“F”形敏感基片(1)、(6),以及粘貼在敏感基片上的光纖(5),光纖(5)的中段通過(guò)粘貼在敏感基片的三個(gè)凸起端頭上、形成兩段自由懸垂光纖(2)和(4);在兩段傳感光纖之間還可預(yù)留出用于分布式測(cè)量的時(shí)間延遲光纖(3)。敏感基片為普通光纖應(yīng)變片,如銅片、鋼片、鋁片;光纖在敏感基片上的粘貼采用普通方法,如環(huán)氧樹(shù)脂。
當(dāng)檢測(cè)對(duì)象發(fā)生形變時(shí),粘貼在檢測(cè)對(duì)象上的光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的敏感基片自由端隨之發(fā)生位移變化。當(dāng)基片受拉時(shí),拉敏區(qū)的間距減小,位于該區(qū)的自由懸垂光纖變彎;與此同時(shí),壓敏區(qū)的間距增大,光纖被拉直。反過(guò)來(lái),當(dāng)基片受壓時(shí),壓敏區(qū)的間距減小,位于該區(qū)的自由懸垂光纖變彎;與此同時(shí),拉敏區(qū)的間距增大,光纖被拉直。這樣,不論受拉或壓,通過(guò)獲取光纖的彎曲損耗就可獲得物體的變形情況。
本實(shí)用新型由于采用在敏感基片上的兩個(gè)敏感區(qū)的結(jié)構(gòu),一個(gè)用于測(cè)量拉伸的拉敏區(qū),一個(gè)用于測(cè)量壓縮的壓敏區(qū),因此解決了光纖預(yù)彎損耗和量程降低的問(wèn)題,并還具有以下優(yōu)點(diǎn)1.模塊性強(qiáng)該傳感器基于簡(jiǎn)單的光強(qiáng)調(diào)制原理,既能與OTDR組成分布式光纖傳感器,又能與LED光源和光功率計(jì)配合組成點(diǎn)式傳感器;2.適合分布式測(cè)量對(duì)選取的分布式光纖傳感器的兩個(gè)取樣點(diǎn),進(jìn)行差分運(yùn)算,可有效消除光源漂移的影響,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)的自定標(biāo),為絕對(duì)測(cè)量模式。
3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作由于僅涉及兩片敏感基片和普通通信光纖,操作者很容易熟練掌握使用。
4.量程大由于拉、壓應(yīng)變區(qū)的引入,使檢測(cè)量程加大了一倍,可對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖,1“L”型敏感基片,2拉敏區(qū)的自由懸垂光纖,3延時(shí)光纖,4壓敏區(qū)的自由懸垂光纖,5光纖,6“F”型敏感基片,圖2為本實(shí)用新型拉伸工作機(jī)理示意圖,圖3為本實(shí)用新型壓縮工作機(jī)理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
例1如圖1所示,該光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器包括相互配合的“L”型和“F”型光纖應(yīng)變敏感基片(1)、(6),以及用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼在光纖應(yīng)變基片(銅片)上的光纖(5);光纖(5)的中段粘貼在光纖應(yīng)變片基片三個(gè)凸起端頭上,形成兩段自由懸垂光纖(2)和(4)。
該傳感器的傳感元件是位于兩粘接點(diǎn)之間的自由懸垂光纖(2)和(4),拉敏區(qū)的長(zhǎng)度為dt、壓敏區(qū)的長(zhǎng)度為dc,即敏感基片凸起端頭或光纖粘接點(diǎn)之間的間距。通常粘貼于拉敏區(qū)和壓敏區(qū)的自由懸垂光纖的長(zhǎng)度為lt(>dt)和lc(>dc),當(dāng)被測(cè)的物體發(fā)生應(yīng)變或形變時(shí),粘貼在物體上的傳感器敏感基片就會(huì)隨著被測(cè)物產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變化,并帶動(dòng)粘貼于其端頭上的光纖發(fā)生彎曲(如圖2、3所示),從而形成一種損耗調(diào)制的光纖傳感器。
在光纖兩端分別接入LED光源和光功率計(jì),就可實(shí)現(xiàn)光纖傳感器的點(diǎn)式測(cè)量。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值的擬合,彎曲損耗(損耗量Δα,單位dB)與位移(位移量Δd,單位mm)有如下關(guān)系Δα=0.012Δd3+1.352Δd2-0.093Δd+2.651。
點(diǎn)式測(cè)量的步驟為1.將LED光源接入光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的一端;2.將光功率計(jì)接入光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的另一端;3.根據(jù)上述公式,由光功率計(jì)的讀數(shù)確定出位移參量。
例2如圖1所示,該光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片(1)、(6),以及用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼在敏感基片(鋁片)上的光纖(5);光纖(5)中段粘貼在敏感基片三個(gè)凸起端頭上,形成兩段自由懸垂光纖(4),三個(gè)粘貼點(diǎn)為(2);在兩段傳感光纖之間還預(yù)留有用于分布式測(cè)量的時(shí)間延遲光纖(3)。
在光纖的一端接入OTDR(光時(shí)域反射計(jì)),即可沿光纖進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè),實(shí)現(xiàn)光纖傳感器的分布式測(cè)量。由于具有時(shí)間延遲光纖(3),因此光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的位移方向可由OTDR在高空間分辨時(shí)的軌跡識(shí)別。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值的擬合,彎曲損耗(損耗量Δα,單位dB)與位移(位移量Δd,單位mm)有如下關(guān)系Δα(Δd)≈0.130-0.439×10-3Δd+0.695Δd2+0.426×10-4Δd3分布式測(cè)量的步驟為1.將光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的一端光纖接入OTDR;2.對(duì)傳感器的時(shí)分復(fù)用進(jìn)行地址編碼,確定取樣位置;3.根據(jù)上述公式,從OTDR中的取樣位置獲得傳感光纖的光纖損耗,確定出位移參量;4.在空間高分辨下,由OTDR軌跡識(shí)別出拉、壓應(yīng)變。
權(quán)利要求1.一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器,其特征在于它包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片(1)、(6),以及粘貼在敏感基片上的光纖(5),光纖(5)的中段粘貼在敏感基片三個(gè)凸起端頭上,形成兩段自由懸垂傳感光纖(2)和(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器,其特征在于在兩段懸垂傳感光纖之間還可預(yù)留出用于分布式測(cè)量的時(shí)間延遲光纖(3)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器,屬光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片,以及粘貼在敏感基片上的光纖,光纖的中段通過(guò)三個(gè)粘貼點(diǎn)粘貼在敏感基片三個(gè)凸起端頭上、形成拉敏和壓敏兩段自由懸垂光纖。本傳感器解決了光纖預(yù)彎損耗和量程降低的問(wèn)題,具有模塊性強(qiáng),適合分布式測(cè)量,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作,量程大等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D5/26GK2747542SQ200420104590
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者李川 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)