CN104034456B - 可调节弯曲半径的光纤宏弯变形器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调节弯曲半径的光纤宏弯变形器，通过阶梯圆锥宏弯结构可实现金属化光纤形成弯曲直径≥4mm宏弯光纤传感器；弹性挡圈防止宏弯光纤滑动；支撑条固定阶梯圆锥宏弯结构；光纤引导器使得引出一段尾纤为平直状态，以保证宏弯在同一平面内。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感领域，具体涉及一种光纤宏弯变形器。
背景技术
光纤智能结构可以应用到航空航天和民用工业等多个领域，应用前景十分广阔。但目前国内外以金属材料为基体的光纤智能结构还很少，关键的原因就是光纤传感器嵌入金属内部非常困难，金属材料成型温度很高，传感器难以经受高温的破坏。光纤高温传感器研究主要集中在特殊光栅类（如某些光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅）和干涉计类。这些光纤光栅类高温传感器的实现需要光纤特殊的掺杂、高能量的激光器在光纤拉丝过程中写入光栅或是使用光子晶体光纤、昂贵红宝石光纤和复杂的传感解调设备。
利用光纤弯曲损耗进行传感最大的优势是弯曲工艺简单，传感结构没有高温退化的风险，是高温传感的理想器件。目前光纤微弯传感已是较成熟的传感手段之一，但由于光纤微弯传感系统中需要外加变形器，这使它不适于埋入金属结构中。而弯曲半径在毫米级的宏弯金属化光纤，在传感系统中不需外加变形器，带一定厚度金属保护层的弯曲光纤不会变形，可直接埋入金属结构中构成高温传感器。另一方面，应用光纤宏弯损耗和弯曲半径成线性输出这一特性，可实现金属化光纤宏弯损耗微位移传感。
因此，可调节弯曲的光纤宏弯变形器是实现金属化光纤宏弯损耗传感的前提基础。
发明内容
本发明提供了一种可调节弯曲半径的光纤宏弯变形器，可形成最小宏弯直径为4毫米的若干个不同半径光纤宏弯传感器。
本发明采用了下列技术方案，一种可调节弯曲半径的光纤宏弯变形器，包括阶梯圆锥宏弯结构、支撑条、容器、光纤引导器、弹性挡圈，其特征是所述阶梯圆锥宏弯结构包括圆柱部分和阶梯圆锥部分，所述圆柱部分设有支撑条插入孔，支撑条插入阶梯圆锥宏弯结构的支撑条插入孔中，支撑条架在容器上，阶梯圆锥宏弯结构的阶梯圆锥部分伸入容器内，所述容器两边的侧壁上设置光纤引导器，所述阶梯圆锥部分套装弹性挡圈。使用时，容器内盛装化学镀液，化学镀液的液面高于光纤引导器和阶梯圆锥部分，光纤穿过容器左侧的光纤引导器，然后经过阶梯，由弹性挡圈起隔挡作用，最后穿过容器右侧的光纤引导器。
进一步，所述光纤引导器分为容器内引导器和容器外引导器，分别置于镀液容器的内外表面，引导器包有磁条的物块。为使光纤引导器紧密贴合容器侧壁，所述容器内引导器的一面为凸弧面，所述容器外引导器的一面为凹弧面。
本发明的有益效果是：阶梯圆锥宏弯结构可实现金属化光纤形成弯曲直径≥4mm宏弯光纤传感器；弹性挡圈防止宏弯光纤滑动；支撑条固定阶梯圆锥宏弯结构；光纤引导器使得引出一段尾纤为平直状态，以保证宏弯在同一平面内。本发明的优点是：(1)可重复使用，实现可调节弯曲直径的宏弯光纤；(2)光纤在金属化保护过程中容易固定，宏弯直径不发生变化且在同一平面内；(3)金属化保护结束后，宏弯光纤环很容易取出且不会损伤保护层。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明所述阶梯圆锥宏弯结构的主视图。
图3是本发明所述弹性挡圈的俯视图。
图4是本发明所述弹性挡圈的剖视图。
图5是本发明所述容器内引导器的主视图。
图6是本发明所述容器内引导器的侧视图。
图7是本发明所述容器内引导器的剖面图。
图8是本发明所述容器外引导器的主视图。
图9是本发明所述容器外引导器的侧视图。
图10是本发明所述容器外引导器的剖面图。
在图中，1.光纤；2.阶梯圆锥宏弯结构；23.圆柱部分；22.阶梯圆锥部分；21.支撑条插入孔；3.支撑条；4.容器；5.化学镀液；6.光纤引导器；61.容器内引导器；62.磁条Ⅰ；63.光纤引导孔；64.容器外引导器；65.磁条Ⅱ；7.弹性挡圈。
具体实施方式
为了便于理解,下面结合附图和优选实施例进一步阐明本发明。
如图1所示,一种可调节弯曲半径的光纤宏弯变形器，包括阶梯圆锥宏弯结构2、支撑条3、容器4、光纤引导器6、弹性挡圈7，所述阶梯圆锥宏弯结构2包括圆柱部分21和阶梯圆锥部分22，所述圆柱部分231设有支撑条插入孔21，支撑条3插入阶梯圆锥宏弯结构2的支撑条插入孔21中，支撑条3架在容器4上，阶梯圆锥宏弯结构2的阶梯圆锥部分22伸入容器4内，所述容器4两边的侧壁上设置光纤引导器6，所述阶梯圆锥部分22套装弹性挡圈7。
如图2所示，所述阶梯圆锥宏弯结构2的设计：该结构左端设计了支撑条插入孔21，以方便安置在镀液容器中，圆锥直径逐级递减，与弹性挡圈7相互配合，以便将光纤环固定在镀液中，宏弯最大直径为D1,最小直径D0，每级阶梯长度为s。左端圆柱部分直径D略大于D1,为使阶梯圆锥部分22充分浸入镀液，取长度L＝70mm，距离L1＝58mm。后退阶梯直径d，长度为L2。支撑条插入孔21长为a，宽为b。
如图3和图4所示，所述弹性挡圈7的设计：起隔挡作用，未受力状态下内径略小于对应的圆锥柱体，外径大于光纤的宏弯直径。套在柱体上时外圈直径D要大于宏弯直径，为使其稳定地套在柱体上，厚度为（D－d）/2≥2mm。
所述支撑条3不与化学镀液5接触，将阶梯圆锥宏弯结构2支撑于容器4顶部。
所述光纤引导器6分为容器内引导器61和容器外引导器64，分别置于容器4的内外表面。
如图5、6和7所示，所述容器内引导器61的设计：贴合在容器4内壁，设有磁条Ⅰ62和光纤引导孔63，一面为凸弧面，为使该部分贴在杯壁上不翻转，引导器长L，宽为B，厚度为H,弧形半径R。磁条Ⅰ62长为L1，宽为B1，厚H1。光纤通过孔直径为Φd。
如图8、9和10所示，所述容器外引导器64的设计：贴合在容器外壁，设有磁条Ⅱ65，一面为凹弧面，该部分紧贴于容器4外壁，长L，宽为B，厚度为H,弧形半径R1。磁条Ⅱ65长为L1，宽为B1，厚H1。
使用本发明宏弯光纤的步骤如下：
（1）光纤1预处理：去油→敏化5分钟→清洗5分钟→活化10分钟→清洗5分钟；
（2）根据宏弯直径的要求，将预处理后光纤1缠绕在相应直径的阶梯上，然后将对应的弹性挡圈7套入阶梯，防止光纤环滑落；
（3）如要一次进行多个不同弯曲直径的金属化宏弯光纤保护，按照直径从大到小次序，依次将预处理后光纤缠绕在相应直径的阶梯上,再将对应的弹性挡圈7套入阶梯；
（4）将支撑条3通过阶梯圆锥宏弯结构2的支撑条插入孔21，支撑平直放置在容器4上端；
（5）容器内引导器61和容器外引导器64分别置于容器4的内外表面，光纤两端的尾纤从光纤引导孔63穿出通过，并将光纤引导器6调整到合适位置，使光纤1从宏弯处引出的一段尾纤为平直状态，以保证宏弯直径；
（6）容器4内注入化学镀液5，实施金属化保护；
（7）金属化保护完成后，宏弯光纤从后退阶梯一端取出即可。
Claims (5)
1.一种可调节弯曲半径的光纤宏弯变形器，包括阶梯圆锥宏弯结构、支撑条、容器、光纤引导器、弹性挡圈，其特征是所述阶梯圆锥宏弯结构包括圆柱部分和阶梯圆锥部分，所述圆柱部分设有支撑条插入孔，支撑条插入阶梯圆锥宏弯结构的支撑条插入孔中，支撑条架在容器上，阶梯圆锥宏弯结构的阶梯圆锥部分伸入容器内，所述容器两边的侧壁上设置光纤引导器，所述阶梯圆锥部分套装弹性挡圈。
2.根据权利要求1所述的光纤宏弯变形器，其特征是所述光纤引导器分为容器内引导器和容器外引导器，分别置于镀液容器的内外表面，容器内引导器和容器外引导器均包有磁条的物块。
3.根据权利要求2所述的光纤宏弯变形器，其特征是所述容器内引导器的一面为凸弧面，所述容器外引导器的一面为凹弧面。
4.根据权利要求1所述的光纤宏弯变形器，其特征是所述阶梯圆锥部分的圆锥直径逐级递减。
5.根据权利要求1所述的光纤宏弯变形器，其特征是弹性挡圈的外圈直径D要大于宏弯直径，厚度为（D－d）/2≥2mm，其中D为外圈直径，d为内圈直径。
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