CN103471746A - 多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，包括计算机、嵌入式处理器、光纤光源器、光谱分析仪、第一光开关、第二光开关和多个传感通道。本发明多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，采用第一光开关、第二光开关和多个传感通道，实现了多通道检测，采用新型保偏光子晶体光纤，传感器的体积小化，灵敏度提高，抗温度干扰，抗电磁辐射，可以实现对微间隙层间压力的实时在线监测。

Description

多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统
技术领域
本发明涉及一种预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，尤其涉及一种多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统。
背景技术
预紧组合结构是指具有几种不同材质及不规则几何形状的部件组成的紧密结构，相互之间间隙微小，且在应力集中的地方夹一层如海绵橡胶、胶带等缓冲垫层材料，以防止其在长时间放置后，内部部件出现滑移等现象，影响其整体结构的安全性。组装时，其上施加一个整体预紧力，此预紧力传递到内部结构件上，在其部组件间形成压力，此压力对预紧组合结构件的性能、寿命、有效性都有很大的影响。若其过小，会造成装配连接的不可靠，从而降低其性能；过大，则会增加连接部件的承载力，可能导致内部某些连接部件在载荷作用下出现断裂，严重时可能诱发结构失稳，导致其性能下降，甚至失效。特别是当多种几种不同材质及不规则几何形状的部件组装在一起时，其内部的载荷变化情况更为复杂，如在经历了长时间的贮存后，内部的残余应力会使层间垫层产生松弛现象，造成内部的部分组件变形，降低组件性能，此变化甚至有可能引起预紧组合结构的滑移，从而导致产品失效，所以这种预紧组合结构的微间隙层间压力的监测十分重要。
由于预紧组合结构其内的结构紧凑，其内部空间十分狭小，预紧结构的组件层间间隙仅几百微米，中间还夹一层缓冲垫层或海绵橡胶，采用传统的压力传感器其安装空间太小难以使用，而且由于传感探头体积大，会对预紧结构部组件原本的受力状态产生影响，所以一直以来在整体结构上施加预紧力后，传递到内部预紧结构部组件上的压力值和部组件之间的压力变化都无法直接测量，对垫层等缓冲材料松弛现象更未能有效及时地进行在线监测。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，包括计算机、嵌入式处理器、光纤光源器、光谱分析仪、第一光开关、第二光开关和多个传感通道，所述计算机的电信号端口与所述嵌入式处理器的电信号端口连接，所述嵌入式处理器的控制信号输出端分别与所述光纤光源器的控制信号输入端、所述光谱分析仪的控制信号输入端、所述第一光开关的控制信号输入端和所述第二光开关的控制信号输入端连接，所述光纤光源器的光信号输出端通过所述第一光开关分别与多个传感通道的光信号输入端连接，所述光谱分析仪的光信号输入端通过所述第二光开关分别与多个传感通道的光信号输出端连接，所述光谱分析仪的电信号输出端与所述嵌入式处理器的电信号输入端连接。
具体地，所述传感通道包括光纤耦合器、偏振控制器、第一光纤活动连接器、第二光纤活动连接器和传感光纤，所述光纤耦合器的光信号输入端为所述传感通道的光信号输入端，所述光纤耦合器的光信号输出端为所述传感通道的光信号输出端，所述传感光纤的第一光信号端口通过所述第一光纤活动连接器与所述偏振控制器的第一光信号端口连接，所述传感光纤的第二光信号端口通过第二光纤活动连接器与所述光纤耦合器的光信号端口连接，所述光纤耦合器的光信号端口还与所述偏振控制器的第二光信号端口连接。
作为优选，所述传感光纤为保偏光子晶体光纤。
本发明的有益效果在于：
本发明多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，采用第一光开关、第二光开关和多个传感通道，实现了多通道检测，采用新型保偏光子晶体光纤，传感器的体积小化，灵敏度提高，抗温度干扰，抗电磁辐射，可以实现对微间隙层间压力的实时在线监测。
附图说明
图1是本发明多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统结构框图；
图2是本发明多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统的光开关的结构示意图；
图3是本发明多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统的传感光纤的安装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，包括计算机、嵌入式处理器、光纤光源器、光谱分析仪、第一光开关、第二光开关和多个传感通道，所述计算机的电信号端口与所述嵌入式处理器的电信号端口连接，所述嵌入式处理器的控制信号输出端分别与所述光纤光源器的控制信号输入端、所述光谱分析仪的控制信号输入端、所述第一光开关的控制信号输入端和所述第二光开关的控制信号输入端连接，所述光纤光源器的光信号输出端通过所述第一光开关分别与多个传感通道的光信号输入端连接，所述光谱分析仪的光信号输入端通过所述第二光开关分别与多个传感通道的光信号输出端连接，所述光谱分析仪的电信号输出端与所述嵌入式处理器的电信号输入端连接。
所述传感通道包括光纤耦合器、偏振控制器、第一光纤活动连接器、第二光纤活动连接器和传感光纤，所述光纤耦合器的光信号输入端为所述传感通道的光信号输入端，所述光纤耦合器的光信号输出端为所述传感通道的光信号输出端，所述传感光纤的第一光信号端口通过所述第一光纤活动连接器与所述偏振控制器的第一光信号端口连接，所述传感光纤的第二光信号端口通过第二光纤活动连接器与所述光纤耦合器的光信号端口连接，所述光纤耦合器的光信号端口还与所述偏振控制器的第二光信号端口连接。所述传感光纤为保偏光子晶体光纤。
如图2，第一光开关和第二光开关均采用1×8式的光开关，即将光信号从1个通道转换到8个传感通道，其中第一光开关的光信号输入端连接光纤光源器的光信号输出端，第一光开关将光纤光源器输入的光信号通过端口输出给8个传感通道，第二光开关通过端口连接光谱分析仪，将8个通道的输出信号通过端口分别输送给光谱分析仪进行分析和处理，当需要测量数个被测物时，需要使用数个传感光纤组成多个传感通道，可以通过光开关来扩展信号通道，多个传感通道共用一套光纤光源器和光谱分析仪，降低了系统的成本。
如图3所示，传感光纤预紧组合结构件的组件表面往往不是平面，是曲面或其他不规则几何形状，在预紧组合结构上件和预紧组合结构下件之间夹一层缓冲垫层，传感光纤安装在垫层和预紧组合结构下件之间，当预紧组合结构件被施加预紧力F后，压力传递到传感光纤上，通过调制解调仪对传感光纤感知的信号分析处理后即可获得预紧力F。
本发明所采用的传感光纤为光子晶体光纤，是一种新型材料，其外形与普通光纤相同，但其内部由很多大小不同的孔，调整光子晶体光纤横截面上空气孔的大小和排布可以改变光纤折射率分布的对称性，产生双折射现象。基于保偏光纤的测试技术是实现光纤压力传感测试的另一个重要技术。理想的标准单模光纤具有良好的几何圆对称性，因而所传输的基模HE11，是两正交模式的二重简并模态。而保偏光纤将双折射引入到光纤中，使HE11x和HE11y两模式的有效折射率不同。保偏光纤按实现双折射的机理可分为应力型和形状型两种。形状型双折射的产生原理是由于电介质材料几何形状的各向异性，导致材料的介电常数和材料的导磁率的各向异性，引起材料折射率的各向异性；而应力双折射产生的主要原因是来自材料内部的热应力和材料外部的机械应力，材料在受到应力引起材料折射率的变化即弹光效应而产生双折射。所以当光纤受到外部横向应力时可以引起双折射差从而实现对压力的传感测量。为了增强传感单元的实用性，本发明选择温度系数小、压力敏感度高的双孔保偏光子晶体光纤以便于传感器单元设计。

Claims (3)

1.一种多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，其特征在于：包括计算机、嵌入式处理器、光纤光源器、光谱分析仪、第一光开关、第二光开关和多个传感通道，所述计算机的电信号端口与所述嵌入式处理器的电信号端口连接，所述嵌入式处理器的控制信号输出端分别与所述光纤光源器的控制信号输入端、所述光谱分析仪的控制信号输入端、所述第一光开关的控制信号输入端和所述第二光开关的控制信号输入端连接，所述光纤光源器的光信号输出端通过所述第一光开关分别与多个传感通道的光信号输入端连接，所述光谱分析仪的光信号输入端通过所述第二光开关分别与多个传感通道的光信号输出端连接，所述光谱分析仪的电信号输出端与所述嵌入式处理器的电信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，其特征在于：所述传感通道包括光纤耦合器、偏振控制器、第一光纤活动连接器、第二光纤活动连接器和传感光纤，所述光纤耦合器的光信号输入端为所述传感通道的光信号输入端，所述光纤耦合器的光信号输出端为所述传感通道的光信号输出端，所述传感光纤的第一光信号端口通过所述第一光纤活动连接器与所述偏振控制器的第一光信号端口连接，所述传感光纤的第二光信号端口通过第二光纤活动连接器与所述光纤耦合器的光信号端口连接，所述光纤耦合器的光信号端口还与所述偏振控制器的第二光信号端口连接。
3.根据权利要求2所述的多通道预紧组合结构微间隙层间光纤压力传感检测系统，其特征在于：所述传感光纤为保偏光子晶体光纤。
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