[發明專利]系列化墊層結構光纖微彎傳感器

有效

• 申請號: 201410289027.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104019928A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 莫淑華;王國星;王麗雪;尹志娟;仵輝勇;于東
• 申請（專利權）人: 黑龍江工程學院
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種系列化墊層結構光纖微彎傳感器。

背景技術

傳統的壓力傳感器，測量壓力的方法很多，有應變片測量法、光學測量法、霍爾效應測量法、光柵尺測量法等等。但目前的諸多測量方法都不利于遠程測量與監控，尤其受外界強電信號干擾太大，遠程傳輸失真嚴重，測量機構復雜，可靠性差，不利于維護。另外，對于易燃易爆環境現在所有利用電測的方法都不適宜，因為任何一點電火花都可能引起嚴重的火災或爆炸事故，造成不可估量的損失。而光纖應力傳感器具有諸多優點，受到人們的關注。如光纖光柵應力傳感器，人們研究的較多，光纖光柵解調成本較高，應用受到限制。

光纖微彎傳感器是1980年J.N.Fields和J.H.Cole首次提出的，屬于光強調制型光纖傳感器。它的工作原理是基于光纖的微彎而產生的光強損耗。當光纖微彎時，發生模式藕合，導模散射為輻射模，從而產生微彎損耗。光纖微彎傳感器除了有一般光纖傳感器所具有的靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質安全等的優點以外，還有結構簡單、所需部件少、造價低、容易裝配等優點。

但現有光纖微彎傳感器存在測量范圍小且光纖容易受到破壞的問題。

發明內容

本發明是要解決現有光纖微彎傳感器存在測量范圍小且光纖容易受到破壞的問題，而提供一種系列化墊層結構光纖微彎傳感器。

本發明的系列化墊層結構光纖微彎傳感器包括加載橋、上齒形板、下齒形板、四個墊塊和光纖；所述上齒形板的上端面開有預留槽，所述加載橋的下端面設置在預留槽內；所述上齒形板的下端面沿長度方向設置有七個截面為半圓形的上齒且在所述上齒形板四個角的下端面分別設置有方形凸起，且在寬度方向同側的兩個方形凸起中間設置有光纖通道，在所述四個角的方形凸起下端面均開有方槽；所述下齒形板的上端面沿長度方向設置有八個截面為半圓形的下齒且在所述下齒形板四個角的上端分別設置有方形凸起，且在寬度方向同側的兩個方形凸起中間設置有光纖通道，在所述下齒形板四個角的方形凸起的上端面均開有方槽；所述上齒形板四個角的方槽與所述下齒形板四個角的方槽相對應；所述四個墊塊的上端分別設置在所述上齒形板四個角的方槽中，所述四個墊塊的下端分別設置在所述下齒形板四個角的方槽中；所述七個上齒的頂部對應所述八個下齒的兩齒間處；所述光纖沿長度方向從一側的光纖通道進入，從另一側光纖通道穿出；所述光纖同時與所述上齒形板的下端面的七個上齒和所述下齒形板的上端面的八個下齒相接觸。

工作原理：

光纖是一種能傳播光信息的光導纖維，其由纖芯包層和保護套構成。纖芯的折射率比外包層的折射率要大，光從折射率較大的介質進入折射率較小的介質中易形成全反射，光在光纖中的傳播依靠光的全反射。

當光纖發生彎曲變形時，輸出光強會隨外界條件發生變化，利用該原理可將光纖制作成為傳感部件。光纖微彎傳感器核心部件為一周期性間隔的微彎齒，由上齒形板、下齒形板和光纖構成，當上齒形板和下齒形板受到壓力作用時，兩者之間距離發生變化，使光纖也發生周期為N(齒形數目)的彎曲變化，光纖的彎曲將導致光在傳播過程中的功率損耗。將這種損耗通過光強測量轉換為電壓值等模擬量，可以實現傳感的測量。

進一步，在兩個齒形板之間通過添加不同材質的墊層，利用材料壓縮模量不同的特點，可以在一個齒形板下形成系列化量程的力學傳感器。

本發明的有益效果：

本發明的齒形板結構中，外側設計為橋式加載結構，內側設計為可更換墊層結構。橋式加載結構可以使傳感器的加載平穩，防止了傳感器結構本身變形引入的光纖附加彎曲。內側墊層結構為多種壓縮性能線性材料，通過更換不同墊層材料，可以使光纖微彎傳感器極大拓展測量范圍，從毫克級至千克級均可以在一套齒形板上實現，提高了傳感器制造過程的同一性。抗干擾能力強，使得在一些特殊場合(防爆、潮濕、高低溫、固態、液態等環境下)有著重要的應用背景，并可以以微小器件的形式埋入到結構中同時起到監測與測量的雙重作用。

附圖說明

圖1為本發明系列化墊層結構光纖微彎傳感器的外觀圖；

圖2為本發明系列化墊層結構光纖微彎傳感器的正視剖面圖。

具體實施方式