CN103134527A - 具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，包括锯齿支架和布设在锯齿支架相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，至少有两个或两个以上信号光纤并排夹持于A侧变形齿和B侧变形齿之间，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在所述信号光纤两侧，所述信号光纤至少一端连接有一N×M多通道光纤连接器，所述N×M多通道光纤连接器的N端连接有测试单元，所述测试单元连接有处理单元，所述N×M多通道光纤连接器的M端与信号光纤连接，所述N×M多通道光纤连接器N端的端口数量是1至2个，M端的端口数量是至少为2个。该微弯型光纤传感装置结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、寿命长、灵敏度高，具有推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤传感装置，特别是涉及一种具有备份光纤的微弯型光纤传感装置。
背景技术
光纤微弯传感器是一种光强度调制的传感器，具有成本低、灵敏度高、具有一定的环境抗干扰能力的特点，其实现方案是基于光纤的弯曲或微弯损耗来实现的。通过改变光纤的弯曲程度，从而导致输出光功率的变化。
光功率损耗的原理是：当光纤受到弯曲扰动的时候，将会产生弯曲损耗，主要是微弯损耗和宏弯损耗。两者弯曲损耗均是由于光纤弯曲时导致纤芯中的部分导模耦合至包层引起的，两者损耗可以根据Marcuse的理论公式计算弯曲损耗大小，其公式如下：
光功率损耗的原理是：当光纤受到弯曲扰动的时候，将会产生弯曲损耗，主要是微弯损耗和宏弯损耗。两者弯曲损耗均是由于光纤弯曲时导致纤芯中的部分导模耦合至包层引起的，两者损耗可以根据Marcuse的理论公式计算弯曲损耗大小，其公式如下：
POUT＝PIN exp(-γS)
其中，POUT和PIN分别为输出和输入光功率，γ是弯曲损耗系数，S为弯曲弧长。可以看出光纤的弯曲损耗系数γ越大，即光纤弯曲半径越小，则损耗越大，但弯曲半径过小会导致光纤寿命大幅度减少，影响传感器的使用寿命，所以实际应用中光纤的弯曲半径是受限制的；另一方面，在相同的弯曲损耗系数γ下，若增加弯曲弧长S，则可增大衰减，可以通过大幅度增加弯曲弧长S，达到大幅度提高光纤传感器的动态范围和精度的目的。
微弯型光纤传感器测试距离变化的分辨率甚至可以达到0.1纳米的级别上，并且在较低成本下就可以完成，所以光纤微弯传感器是一种非常具有大规模应用潜力的光纤传感器类型之一。
作为传感装置，可靠性是最重要的性能之一，微弯型光纤传感器也不能例外，随着微弯型光纤传感器中处于弯曲状态光纤长度的增加，光纤传感器灵敏度虽然也在增加，但同时光纤断裂的几率也增大了，如何大幅度延长光纤的使用寿命目前仍是一个未解决的难题，而采用适当结构的备用光纤是一种更容易实现的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种具有备份光纤的微弯型光纤传感装置。该微弯型光纤传感装置结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、寿命长、灵敏度高，具有推广价值。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：包括锯齿支架和布设在锯齿支架相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，至少有两个或两个以上信号光纤并排夹持于A侧变形齿和B侧变形齿之间，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在所述信号光纤两侧，所述信号光纤至少一端连接有一N×M多通道光纤连接器，所述N×M多通道光纤连接器的N端连接有测试单元，所述测试单元连接有处理单元，所述N×M多通道光纤连接器的M端与信号光纤连接，所述N×M多通道光纤连接器N端的端口数量是1至2个，M端的端口数量是至少为2个。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述N×M多通道光纤连接器是N×M光纤耦合器或N×M光开关。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述N×M光纤耦合器是1×M光纤耦合器或2×M光纤耦合器。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所说的N×M光开关是1×M光开关或2×M光开关。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述信号光纤的至少一端安装有光反射装置。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：每个信号光纤上且位于锯齿支架两侧均安装有光反射装置。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述信号光纤的两端均安装有N×M光纤耦合器。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述信号光纤的一端安装有N×M光纤耦合器，所述信号光纤的另一端安装有受处理单元控制的N×M光开关。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述锯齿支架为曲线形壳体、弹簧或锯齿板。
上述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述光反射装置为光反射镜、光纤光栅或包含光反射气泡的光纤。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。
2、采用所述的信号光纤的两端均安置有1×M光纤耦合器方案时，在一个信号光纤断裂后，则有M分之一的光信号不能被测试单元探测到，通过处理单元判断有信号光纤断纤后给出报警信号通知操作人员，只需经过简单的校准就可以继续使用。
3、当测试单元是由光源和光功率计组成时，光源通过1×M光纤耦合器连接信号光纤，信号光纤另一端通过安置的1×M光开关与光功率计连接，1×M光开关依次连接每个信号光纤，光功率计将每个信号光纤的数据汇总处理(如取平均值)得到光纤传感装置的传感结果，若系统判断一个信号光纤断裂后，控制1×M光开关跳过已断裂的信号光纤与其他信号光纤依次连接，光功率计将其他信号光纤的数据汇总处理(如取平均值)得到光纤传感装置的传感结果。
4、当测试单元是由光时域反射计构成的，传感装置有1×M光纤耦合器于信号光纤连接构成，所述的每个信号光纤在锯齿支架两侧均安置有光反射装置，且每个光反射装置的位置有差异，通过采用光时域反射计的测试单元可以分辨每个光反射装置，通过确定每个信号光纤上的两个光反射装置的反射光的功率之差就可以确定每个信号光纤的衰减，将所有的传感装置的各个信号光纤的衰减平均即得到传感结果，当有一个信号光纤断裂后，通过光时域反射计可以确定断裂的光纤，在计算本装置的传感结果时不考虑断裂信号光纤的数据。
5、若无备份光纤，则微弯光纤传感装置在光纤断裂后就丧失了传感功能，只能通过更换传感装置来维修，而在无维修条件如野外条件下就导致设备的瘫痪而无法继续工作，但如有备用光纤，则根据方案的不同系统自动完成备份光纤的转换或经过简单的校准就可以继续使用，大大提高了设备的可维护性，以及提高了光纤传感装置的可靠性。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，具有良好的抗电磁干扰能力，具有推广价值。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的结构示意图。
图2为图1中A-A的断面图。
图3为本发明第二种实施方式的结构示意图。
图4为本发明第三种实施方式的结构示意图。
图5为本发明第四种实施方式的结构示意图。
图6为图5中曲线形壳体的横截面的结构示意图。
图7为本发明第五种实施方式的结构示意图。
图8为图5中A侧变形齿和B侧变形齿与弹簧的连接关系示意图。
附图标记说明：
1-光缆； 2-光纤耦合器； 3-A侧变形齿；
4-B侧变形齿； 5-测试单元； 6-信号光纤；
7-处理单元； 8-光开关； 9-锯齿板；
10-光反射装置；11-曲线形壳体；12-弹簧。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示的一种具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，包括锯齿支架和布设在锯齿支架相对两侧的多个A侧变形齿3和多个B侧变形齿4，至少有两个或两个以上信号光纤6并排夹持于A侧变形齿3和B侧变形齿4之间，A侧变形齿3和B侧变形齿4对应布设在所述信号光纤6两侧，所述信号光纤6至少一端连接有一N×M多通道光纤连接器，所述N×M多通道光纤连接器的N端连接有测试单元5，所述测试单元5连接有处理单元7，所述N×M多通道光纤连接器的M端与信号光纤6连接，所述N×M多通道光纤连接器N端的端口数量是1至2个，M端的端口数量是至少为2个。
本实施例中，锯齿支架是由两块变形齿互相对应的锯齿板9构成，信号光纤6的两端分别通过光缆1与1×M光纤耦合器2连接，两个1×M光纤耦合器2分别通过一个光缆1与测试单元5连接。当本装置的一个信号光纤6突然断裂时，测试单元5通过确定测得的信号变化速率超过预先设定的速率则可确定有信号光纤6断裂而导致该路光信号的缺少，处理单元5可以通过报警等方式告知并通过操作人员的校准而使该装置恢复使用。
当然，两个1×M光纤耦合器2也可以由一个2×M光纤耦合器构成。
优选的，测试单元5是由光源和光功率计组成。
实施例2
如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是：测试单元5通过1×M光纤耦合器2连接信号光纤6，信号光纤6另一端通过安装的1×M光开关8与测试单元5连接，1×M光开关8依次连接每个信号光纤6，测试单元5将每个信号光纤6的数据汇总处理(如取平均值)得到光纤传感装置的传感结果，若测试单元5监测到其中一路的信号光纤6的衰减远远大于其他路信号光纤并将该信号传递给出了单元7，处理单元7判断一个信号光纤断裂后，控制1×M光开关8跳过已断裂的信号光纤6与其他信号光纤6依次连接，测试单元5将其他信号光纤6的数据汇总处理(如取平均值)得到光纤传感装置的传感结果。
可以看出，即使有信号光纤6断裂，也不会影响到该传感装置的使用，从而达到了热备份的目的。
实施例3
如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是：该装置只使用了一个光纤耦合器2，并在每个信号光纤6上分别布设了两个光反射装置10，且优选的是每个光反射装置10的位置有差异，以及测试单元5采用光时域反射计，通过采用光时域反射计的测试单元5可以分辨每个光反射装置10，通过确定每个信号光纤6上的两个光反射装置10的反射光的功率之差就可以确定每个信号光纤6的衰减，将所有的传感装置包含的各个信号光纤6的衰减平均即得到传感结果，当有一个信号光纤6断裂后，通过测试单元5可以确定断裂的信号光纤6，在计算本装置的传感结果时不考虑断裂信号光纤6的数据，从而做到不影响光纤传感装置的使用。优选的做法是，所述的光反射装置10可以是光反射镜、光纤光栅或包含光反射气泡的光纤中的任何一个。
实施例4
如图5、图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是：锯齿支架是由曲线形壳体11构成，多个A侧变形齿3和多个B侧变形齿4对应布设在曲线形壳体11的内壁上，在A侧变形齿3和B侧变形齿4夹持这两个及两个以上的信号光纤6。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例5
如图7、图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述锯齿支架为弹簧12，A侧变形齿3和B侧变形齿4对应布设在弹簧12中相邻相邻两圈弹簧丝之间，且A侧变形齿3和B侧变形齿4相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：包括锯齿支架和布设在锯齿支架相对两侧的多个A侧变形齿(3)和多个B侧变形齿(4)，至少有两个或两个以上信号光纤(6)并排夹持于A侧变形齿(3)和B侧变形齿(4)之间，A侧变形齿(3)和B侧变形齿(4)对应布设在所述信号光纤(6)两侧，所述信号光纤(6)至少一端连接有一N×M多通道光纤连接器，所述N×M多通道光纤连接器的N端连接有测试单元(5)，所述测试单元(5)连接有处理单元(7)，所述N×M多通道光纤连接器的M端与信号光纤(6)连接，所述N×M多通道光纤连接器N端的端口数量是1至2个，M端的端口数量是至少为2个。
2.根据权利要求1所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述N×M多通道光纤连接器是N×M光纤耦合器(2)或N×M光开关(8)。
3.根据权利要求2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述N×M光纤耦合器(2)是1×M光纤耦合器或2×M光纤耦合器。
4.根据权利要求2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所说的N×M光开关(8)是1×M光开关或2×M光开关。
5.根据权利要求1或2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述信号光纤(6)的至少一端安装有光反射装置(10)。
6.根据权利要求1或2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：每个信号光纤(6)上且位于锯齿支架两侧均安装有光反射装置(10)。
7.根据权利要求1或2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述信号光纤(6)的两端均安装有N×M光纤耦合器(2)。
8.根据权利要求1或2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述信号光纤(6)的一端安装有N×M光纤耦合器(2)，所述信号光纤(6)的另一端安装有受处理单元(7)控制的N×M光开关
(8)。
9.根据权利要求1或2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述锯齿支架为曲线形壳体(11)、弹簧(12)或锯齿板(9)。
10.根据权利要求1或2所述的具有热备份光纤的微弯型光纤传感装置，其特征在于：所述光反射装置(10)为光反射镜、光纤光栅或包含光反射气泡的光纤。
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|---|---|---|---|---|
| CN103471746A (zh) * | 2013-09-22 | 2013-12-25 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统 |
| CN112082733A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-15 | 成都泰瑞通信设备检测有限公司 | 一种无压力式光纤微弯附加损耗测试装置、测试系统及测试方法 |
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2011
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