CN102346078A

CN102346078A - 金属基带状分布式光纤传感器

Info

Publication number: CN102346078A
Application number: CN2011101601350A
Authority: CN
Inventors: 施斌; 魏广庆; 胡盛
Original assignee: SUZHOU NANZEE SENSING TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SUZHOU NANZEE SENSING TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2012-02-08

Abstract

本发明涉及一种分布式光纤传感器，光纤传感器基底材料为金属材料，且为薄片带状；薄片带状表面设有凹槽，传感光纤放置在凹槽内。金属薄片带上设有镂空孔，镂空孔具有不同规格。凹槽上设有与槽线垂直的镂空条纹。该传感器的使用方式为表面粘贴式。薄片的带状结构是传感器与被测物体有足够的接触面积；镂空小孔可进一步减小传感器的变形模量；凹槽用于楔合、保护传感光缆；槽线垂直镂空条纹利于曲面粘贴。具有耦合性好、灵敏度高、安装便利、分布式监测等特点。

Description

金属基带状分布式光纤传感器

一、技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感器的结构。

二、背景技术

我国目前正处于大规模建设时期，在水利、能源、交通等各个领域为了保证各类工程、建筑以及设施的安全需要进行变形、温度等内容的监测。分布式传感技术因其分布式传感的特点在监测领域中具有越来越广泛的应用。

分布式光纤传感器的解调技术主要有：基于自发布里渊光时域反射技术（Brillouin Optical Time Domain Reflectormeter,缩写：BOTDR）、基于受激布里渊光时域反射技术（Brillouin Optical Time Domain Analysis缩写：BOTDA）、基于拉曼光时域反射技术（Raman Optical Time Domain Reflectormeter,缩写：ROTDR）以及基于瑞利散射和菲涅尔反射的光时域反射技术（Optical Time Domain Reflectometer缩写：OTDR）等。基于这些传感技术的分布式光纤传感器需要将被测对象的应变、温度等状态变化尽可能真实、详尽的传递给传感光纤。当前使用的分布式光纤传感器大部分是由通信光缆进行改良而来，缺乏传感要求的针对性，往往存在传感器与被测对象耦合差、传感器结构影响应变温度传递、传感器布设安装不便易损坏等缺陷，严重影响分布式传感监测的效率。

分布式光纤传感器已经具有较广泛的应用，如201010518812.7双通道布里渊光纤光缆传感器,能够同时监测温度和压力或应变。其构成是:两根并行布里渊光纤,一根为紧套光纤,一根为松套光纤,紧套光纤用于测压力,松套光纤用于测温度;两根光纤中间夹着一根加强丝,外裹高分子材料(纤维增强树脂GFRP)，一般装在套内。针对分布式光纤传感技术发明的一种金属基带状分布式光纤传感器结构，用于被测对象表面的变形、温度监测，能够解决现有分布式光纤传感器存在的一些问题，以满足日益增长的变形温度分布式监测需求。

三、发明内容

本发明目的是：提出一种分布式光纤传感器的结构，通过带状结构获得更多的接触面积以提升耦合性；通过薄片状结构及镂空孔降低传感器的变形模量以提高传感器的变形协调性；通过专门匹配的凹槽契合传感光纤以提升应变传递性及保护传感光纤。

本发明技术方案是：一种分布式光纤传感器，光纤传感器基底材料为金属材料，且为薄片带状；薄片带状表面设有凹槽，传感光纤放置在凹槽内。

金属薄片带上设有镂空孔，镂空孔具有二种或更多的不同规格。

本发明的改进还包括：凹槽上镂空条孔。

本发明作为分布式的应变/温度传感器，将分布式光纤传感器粘贴于被测对象表面。通过相应的解调仪进行数据采集。本发明的传感特征：

1. 分布式传感特征：传感器解调采用分布式光纤传感技术，即带状传感器上各点均为传感点；

2. 多种传感模式：凹槽内的光纤可采用紧套光纤、松套光纤、单模光纤、多模光纤等以满足不同的解调技术和传感目的；

3. 多根传感光纤：一根带状传感器上可设置一根、两根或多根传感光纤，可设置多条凹槽或同一条凹槽内布设多根传感光纤。

本发明的有益效果是：

1. 金属基底带具有一定的宽度，采用金属基带状结构以获得更多的接触面积以提升耦合性及变形传递性；

2. 金属基底带为薄片状且具有一定规格的镂空孔降低基底金属带变形模量提高传感器的变形协调性能；

3. 具有专门匹配的凹槽契合传感光纤以提升应变传递性及保护传感光纤；

4. 凹槽处每隔一定距离有镂空条孔2以满足对检测对象的曲面布设；通过专门匹配的凹槽契合传感光纤以提升应变传递性并保护传感光纤，使传感器的工作更加可靠。

四、附图说明

图1是本发明结构示意图（俯视）；

图2是本发明截面结构图。

五、具体实施方式

金属薄片带5的材料具备一定的强度，并且满足一定的延展性、可变形性、可机械加工性及抗腐蚀性等要求。尤其是铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢片等，也可以采用其它合金的带材、片材。

金属薄片带形状特征：基本形状为薄片带状，具有一定的宽度，厚度很小。一般单槽镶嵌单根光纤时，厚度0.05-1mm，宽度5-25mm。多条凹槽时宽度相应增加，厚度不变。金属薄片带上设有一或多条平行的凹槽，凹槽深度及宽度以契合传感光纤尺寸为标准。金属薄片基带上设有镂空孔及镂空条纹。镂空条纹是垂直于凹槽线的。凹槽处每隔一定距离有镂空条纹2以满足曲面布设。该传感器的使用方式为表面粘贴式。薄片的带状结构是传感器与被测物体有足够的接触面积；镂空小孔可进一步减小传感器的变形模量；凹槽用于契合、保护传感光缆；槽线垂直镂空条纹利于曲面粘贴。该结构的分布式光纤传感器可采用BOTDR、BOTDA、ROTDR以及OTDR等分布式光纤传感技术进行解调，是用于混凝土、钢结构体等物体的表面应变、温度分布式监测。具有耦合性好、灵敏度高、安装便利、分布式监测等特点。

传感器简述：采用铜或合金等金属材料加工成薄片带状，传感光纤放置在凹槽内。作为分布式的应变/温度传感器，将其粘贴于被测对象表面，使其与被测对象同步变形及温度同步变化。通过相应的解调仪进行数据采集。

传感器的一些基本特征，材料特征：传感器基底材料具备一定的强度，并且满足一定的延展性、可变形性、可机械加工性及抗腐蚀性等要求。尤其是铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢片等，也可以采用其它合金。

形状结构特征：金属基底带具有一定的宽度以获得更多的接触面积提升耦合性及变形传递性；金属基底带为薄片状且具有规则的镂空小孔1、3降低传感器的变形模量以提高基底带的变形性能；镂空小孔沿光纤长度方向之间的距离5-400mm。

具有专门匹配的凹槽4契合传感光纤以提升金属基底带与传感光纤之间的应变传递性以及保护传感光纤；凹槽处每隔一定距离（5-100mm）有镂空条纹2以满足曲面布设；凹槽深度宽度尺寸以契合传感光纤为标准，一般在1-10mm，尤其是2-6mm。

传感特征：分布式传感特征：传感器解调采用分布式光纤传感技术，即带状传感器上各点均为传感点。多种传感模式：凹槽内的光纤可采用紧套光纤、松套光纤、单模光纤、多模光纤等以满足不同的解调技术和传感目的。多根传感光纤：一根带状传感器上可设置一根、两根或多跟传感光纤，可设置多条凹槽或同一条凹槽内布设多根传感光纤。

金属薄片带上设有镂空孔，镂空孔具有不同规格。1为圆孔，3为圆角矩形孔。也可以为卵形孔、椭圆孔等。金属薄片的中央采用大孔，边上采用小孔，采用不同规格的镂空孔后整个传感器质量减少，安装时易妥贴、固定也会很方便等。

Claims

1.一种分布式光纤传感器，其特征是光纤传感器基底材料为金属材料，且为薄片带状；薄片带状表面设有凹槽，传感光纤放置在凹槽内。

2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征是金属薄片带上设有镂空孔，镂空孔具有不同规格。

3.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征是凹槽上有镂空条孔。

4.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征是金属薄片带上设有一条或多条平行的凹槽。

5.根据权利要求1或2所述的分布式光纤传感器，其特征是凹槽深度宽度尺寸以契合传感光纤为标准。

6.根据权利要求1或2所述的分布式光纤传感器，其特征是单槽镶嵌单根光纤时，金属薄片带厚度0.05-1mm，宽度5-25mm；金属薄片带上设有多条凹槽时，金属薄片带的宽度相应增加，厚度不变。

7.根据权利要求1或2所述的分布式光纤传感器，其特征是镂空孔沿光纤长度方向之间的距离5-400mm。

8.根据权利要求1或2所述的分布式光纤传感器，其特征是金属薄片带上凹槽处每隔一定5-100mm距离有镂空条纹以满足曲面布设。

9.根据权利要求5所述的分布式光纤传感器，其特征是金属薄片带上凹槽深度1-10mm。

10.根据权利要求5所述的分布式光纤传感器，其特征是金属薄片带上凹槽深度2-6mm。