[實(shí)用新型]一種基于OTDR的分布式光纖壓力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420181651.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN204188317U
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范黎琳;朱婕;楊凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01L1/24
• 分類號(hào): G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種壓力測(cè)量的光纖傳感器，屬于光纖傳感測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、抗腐蝕、靈敏度高等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)橋梁、樓宇、大壩、隧道等建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的壓力與應(yīng)變進(jìn)行無損監(jiān)測(cè)，已獲得廣泛的應(yīng)用。目前常用的光纖壓力傳感器主要有光纖光柵型應(yīng)力傳感器和光纖微彎壓力傳感器，由于光纖光柵的制作成本較高，應(yīng)用受到限制。

專利公布號(hào)CN87107210A，發(fā)明名稱為微彎光纖應(yīng)力計(jì)，該技術(shù)采用兩塊相對(duì)互相錯(cuò)開的波紋板及夾在兩塊板之間的信號(hào)光纖進(jìn)行測(cè)量，其技術(shù)特點(diǎn)是增加一根參考光纖用以抵消溫度變化導(dǎo)致的測(cè)量誤差，但是該傳感器需要兩塊波紋板嚴(yán)格對(duì)齊，且無法進(jìn)行多點(diǎn)分布式測(cè)量。

專利公布號(hào)CN102147303A，發(fā)明名稱為一種基于光纖微彎損耗的壓力傳感器，該技術(shù)采用彈性板和齒板間夾信號(hào)光纖進(jìn)行測(cè)量，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但當(dāng)壓力過大時(shí)齒板易導(dǎo)致光纖端面擠壓成橢圓柱形甚至損壞，也主要用于單點(diǎn)的壓力測(cè)量。

針對(duì)這種現(xiàn)象，本實(shí)用新型提出了一種基于OTDR的分布式光纖壓力傳感器。該傳感器包括光纖分束器、一根多模光纖和具有彈性支撐作用的橡膠片。將多模光纖以上下矩形彎折縫合結(jié)構(gòu)和直線結(jié)構(gòu)依次周期性插入具有彈性支撐作用的橡膠片中，從而形成對(duì)壓力的分布式測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有光纖微彎壓力傳感器存在的技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備方便、成本低廉且靈敏度高的分布式光纖壓力傳感器。

解決上述問題的技術(shù)方案是：一種基于OTDR的分布式光纖壓力傳感器，包括光纖分束器、一根多模光纖和具有彈性支撐作用的橡膠片。所述的多模光纖以周期性結(jié)構(gòu)插入具有彈性支撐作用的橡膠片中，每個(gè)周期包括5-10個(gè)矩形彎折結(jié)構(gòu)和一段直線結(jié)構(gòu)。多模光纖一個(gè)完整的矩形彎折長(zhǎng)度約為1.5～2mm，矩形彎折的高度約為0.5～1mm，一個(gè)直線結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度約為15～20cm。所述的光纖分束器將光路分成入射光通道和反射回的反射光通道。

將光脈沖耦合入多模光纖，當(dāng)遇到矩形彎折結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的后向菲涅爾散射并從光纖分束器導(dǎo)出，由于相鄰矩形彎折間距很小，多模光纖一個(gè)周期結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個(gè)矩形彎折結(jié)構(gòu)的菲涅爾反射會(huì)形成一個(gè)反射光脈沖，但相鄰周期結(jié)構(gòu)的反射光脈沖不會(huì)混疊。當(dāng)彈性支撐橡膠片某處外界壓力改變時(shí)，橡膠片將壓力傳遞給多模光纖，致使其形變，從而導(dǎo)致該處的后向反射光脈沖強(qiáng)度發(fā)生變化，因此可達(dá)到分布式測(cè)量的目的。

對(duì)于不同多模光纖，矩形彎折的長(zhǎng)度可由模式耦合理論得出。多模光纖中m模和m-1模的傳播常數(shù)差可表示為