[發明專利]基于異質光纖的壓力傳感器及壓力傳感裝置

在審

• 申請號: 201710372871.X
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107014529A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 陳達如;張徐亮;何賽靈
• 申請（專利權）人: 蘇州至禪光纖傳感技術有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體為一種基于異質光纖的壓力傳感器及壓力傳感裝置。

背景技術

光纖傳感技術是光學領域最為重要的傳感技術之一，已經被廣泛應用于建筑、機械、高鐵、橋梁、國防工業等領域。光纖傳感器具有抗電磁干擾能力和耐腐蝕性,因而極適合用作橋梁等處于露天、惡劣環境下的大型土木工程結構的長期監測。以橋梁監測為例，采用光纖傳感器，光纖既可以傳遞光源又可以傳遞測量信號,還可多路復用。解決了一般傳感系統采用電纜來傳遞和輸出信號，電纜數量大、重量大的問題。

普通光纖的主要成分是SiO₂，纖細、脆弱、抗剪能力差，無法直接將其作為傳感器應用于土木工程的施工中，如混凝土的澆注、鋼結構的吊裝等以及惡劣的環境等。因此，在裸光纖的基礎上，需要對其進行封裝等二次處理，使其更好的應用于工程中。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術的不足，提供一種基于異質光纖的壓力傳感器及壓力傳感裝置。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于異質光纖的壓力傳感器，采用純SiO₂光纖作為異質光纖的芯層；采用折射率低于純SiO₂的塑料涂敷在純SiO2光纖上作為異質光纖的外包層；純SiO₂和塑料界面構成全反射，光主要能量在純SiO₂傳播，部分能量在塑料層傳播。

進一步說，所述的純SiO₂光纖的直徑為10-200微米。

進一步說，涂敷的塑料厚度為100-500微米。

一種基于異質光纖的壓力傳感裝置，采用光學時域反射技術進行檢測，包括異質光纖，脈沖激光發射機，光電探測器和數據處理控制電路，其特征在于：所述的異質光纖采用純SiO₂光纖作為異質光纖的芯層；采用折射率低于純SiO₂的塑料涂敷在純SiO₂光纖上作為異質光纖的外包層；

所述的激光發射器機發射脈沖光到光纖內，脈沖光在異質光纖內傳輸，傳輸時會產生散射，光電探測器在脈沖光入射端測得后向散射光信號，并傳輸給數據處理控制電路處理；

當監測體正常時，接收到的光信號強弱隨時間呈指數衰減；當出現監測體受到碰撞或產生裂縫時，異質光纖受到壓力，接收到的光信號強度在某個時間點產生極大的衰減，通過衰減程度來確定壓力強弱。

本發明的有益效果如下：光纖壓力傳感器具有質量輕、信息量大、抗電磁干擾、耐腐蝕等優點，易于分布埋入結構和構成網絡，適合工程監測。異質光纖不僅保護了裸光纖，使其更加適合應用于工程中，而且其結構簡單、成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明中的傳感器采用純SiO₂光纖作為異質光纖的芯層，直徑為10-200微米；采用折射率低于純SiO₂的塑料涂敷在純SiO₂光纖上作為異質光纖的外包層，其厚度為100-500微米；異質光纖的導光原理：純SiO₂和塑料界面構成全反射，光主要能量在純SiO₂傳播，部分能量在塑料層傳播。

以異質光纖作為壓力傳感器，異質光纖的纖芯與塑料包層的折射率不同。對于現存的工程結構，將異質光纖用膠粘貼在需要檢測的結構上；對于在建或者將要興建的工程，在混凝土結構的施工過程中，在需要進行監測的結構上埋入異質光纖，然后進行澆筑。

傳感技術方案：分布式傳感，具體包括分布式光纖壓力傳感器，脈沖激光發射機，光電探測器，數據處理控制電路。分布式光纖壓力傳感器的異質光纖既是傳輸介質又是傳感元件，異質光纖上任意一點都是一個壓力傳感器單元，異質光纖上任意空間和時間變化的分布信息都能測量。采用OTDR(光學時域反射技術)進行檢測。激光發射器機發射脈沖光到光纖內，脈沖光在異質光纖內傳輸，傳輸時會產生散射，光電探測器在脈沖光入射端測得后向散射光信號，并傳輸給數據處理控制電路處理。當監測體正常時，接收到的光信號強弱隨時間呈指數衰減；當出現監測體受到碰撞、產生裂縫等情況時，異質光纖受到壓力，接收到的光信號強度在某個時間點有極大的衰減，通過衰減程度來確定壓力強弱。

從發射信號到返回信號所用的時間，再確定光在異質光纖中的速度，就可以計算出距離即位置為：

d＝(c×t)/2n_eff