CN105823496A - 一种线形光纤感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种线形光纤感测装置，其包括由相对两部分构成的柱体，在柱体上布设有连续的螺旋形的间隙，在间隙的相对两侧的表面上布设有交错对应的变形齿，在两侧变形齿间之间夹持有传感光纤，传感光纤的末端与测试单元连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤传感装置，具体涉及一种基于光纤的弯曲效应的、螺旋形的结构监测传感装置。
背景技术
微弯损耗光纤传感装置是结构最简单的传感装置，典型结构如图1所示，包括相对的两个齿板和夹持于其间的传感光纤，想两个齿板相对运动时，导致传感光纤弯曲状态的变化而产生弯曲损耗，通过与传感光纤末端连接的测试单元检测出该传感光纤损耗的变化，从而达到监测作用于齿板上的待测物理量的变化，其结构简单、精度高、抗电磁干扰、成本低，具有较好的应用前景。但该典型结构仅适于与齿板垂直方向的物理量的监测，若是需要监测多个方向的物理量，则该结构就无能为力了。如滑坡体的变形监测，可能任意方向的应力变化，采用上述结构就无法监测了。
另外有高精度的光纤传感装置，如光纤干涉仪、布里渊散射仪可以测试光纤的长度的微小变化，光纤的弯曲效应可以放大光纤的长度变化，从而可以提高测试精度。
发明内容
本发明揭示了一种基于微弯原理的、具有螺旋形结构的光纤传感装置，其与光纤连接的仪器可以是光源-功率计、光时域反射计、光纤布里渊散射仪或光纤干涉仪等，不仅结构简单、成本低、精度高，而且可以监测多个方向上的应力变化，从而降低了该传感装置在实际应用中的难度，具有较好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种线形光纤感测装置，其特征在于，包括由A侧部分和B侧部分构成的柱体，在A侧部分和B侧部分之间由连续的螺旋形的间隙，在间隙的相对两侧的A侧部分和B侧部分的表面上布设有交错对应的变形齿，在两侧变形齿之间夹持有传感光纤，传感光纤的末端与测试单元连接，如连接光时域反射计（简称OTDR）、光源-光功率计、布里渊散射仪或干涉仪等，则可以监测任意方向的应力、位移变化，这是现有的光纤微弯传感装置无法做到的，且由于柱体的保护作用，可以防止外界各种的对光纤的损伤，即达到了保护光纤的作用，又可以监测外界物理参数的变化。
优选的，所述的传感光纤位于由A侧部分和B侧部分构成的柱体的纵向轴心上。进一步的，所述的由A侧部分和B侧部分之间安置有连接块。
为保证柱体结构的完整，在所述的柱体表面缠绕由固定丝，如弹簧丝或铁丝等。优选的，所述的柱体表面布设有凹槽，所述的固定丝安置于凹槽内。
可以在所述的柱体的轴心上并排布设有多根传感光纤。
优选的，在传感光纤的一端安置有光反射单元，另一端接测试单元，这样可以使光信号两次提高待测区域，从而进一步提高测试精度。
优选的，所述的A侧部分和B侧部分的表面上布设的变形齿的高度、间距、或齿顶圆弧曲率这三个参数之一、之二或全部是变化的。从而可根据需要是以检测传感光纤衰减变化为主，还是以检测传感光纤长度变化为主而自由这三个参数设计。
优选的，所述的间隙的螺旋形的节距是变化的。可以根据实际情况决定各个监测区域的监测精度。
优选的，所述的间隙的螺旋形方向是顺时针方向、逆时针方向交替布设的。可提高加工组装本产品的速度。
另一种线形光纤感测装置，包括由A侧部分和B侧部分构成的柱体，在A侧部分和B侧部分之间有连续的螺旋形的间隙，传感光纤夹持在间隙内，且在传感光纤上有螺旋缠绕的变形丝，传感光纤的末端与测试单元连接，变形丝与变形齿具有相同的作用，即在外力作用与柱体上使间隙间距变化时，使传感光纤的弯曲状态改变，从而使传感光纤内传输的光信号的状态发生改变，这被传感光纤末端连接的测试单元获取，从而达到监测应力、应变的目的。
优选的，所述的传感光纤位于由A侧部分和B侧部分构成的柱体的纵向轴心上。
进一步的，所述的由A侧部分和B侧部分之间安置有连接块。
为保证柱体结构的稳定，在所述的柱体的表面布设有环形的凹槽，每个凹槽内安置有环形的卡簧。
进一步的，所述的变形丝的螺旋缠绕的节距是非均匀的。
优选的，所述的间隙的相对两侧间安置有连接块。进一步的，所述的连接块是弹性材料。所述的连接块的弹性材料是高分子材料。如聚乙烯、橡胶、聚氨酯等材料。
优选的，所述的传感光纤的另一端安置有光反射单元。
优选的，所述的间隙内填充有防水材料。所述的防水材料可以是光纤油膏。
优选的，所述的柱体的外侧安置有保护套管。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于光纤传感装置采用了螺旋形结构，所以在监测多个方向的应力变化，而传统的微弯光纤结构只能监测一个方向上的应力，从而扩展了本发明传感器的应用领域。
2、由于本发明的传感结构可监测多个方向的应力变化，所以在施工时不需考虑安装方向，降低了施工的复杂性。
3、本发明由于是螺旋形的结构，完整性良好，可用于滑坡、大坝等大尺寸结构健康监测，而传统的微弯结构是平行板结构，很难做到长距离的监测。
综上所述，本发明的螺旋形的结构光纤传感装置具有结构简单、成本低、使用性能好的特点。
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为现有微弯光纤传感装置的结构示意图。
图2为本发明的光纤传感装置实施方案一的结构示意图。。
图3为图2中柱体横截面的结构示意图。
图4为本发明的光纤传感装置实施方案二的结构示意图。。
图5为图4中柱体横截面的结构示意图。
附图标记说明:
1—传感光纤；2—A侧部分；3—B侧部分；4—间隙；
5—固定丝；6—连接块；7—变形丝。
具体实施方式
实施方案一：如图2、图3所示的一种螺旋微弯分布式光纤传感装置，包括由A侧部分2和B侧部分3构成的柱体，在A侧部分2和B侧部分3之间由连续的螺旋形的间隙4，在间隙4的相对两侧的A侧部分2和B侧部分3的表面上布设有交错对应的变形齿，这里是对应的波峰和波谷，在两侧波峰之间夹持有传感光纤1，传感光纤1的末端与测试单元连接，当有应力作用在柱体上或柱体变形后，或导致局部的构成柱体的A侧部分2和B侧部分3之间的距离的变化，从而使位于A侧部分2与B侧部分3之间夹持的传感光纤1的弯曲状态发生改变，从而使传感光纤1内传输的光信号的状态发生变化或传感光纤1的长度发生变化，能够被与传感光纤1连接的测试单元检测到，使待测的应力、应变监测到，到达监测目的。测试单元可以是连接光时域反射计（简称OTDR）、光源-光功率计、布里渊散射仪或光纤干涉仪等，该装置可以监测任意方向的应力或应变变化，这是现有的光纤微弯传感装置无法做到的，且由于柱体的保护作用，可以防止外界各种不利因素的对传感光纤1的损伤，即达到了保护传感光纤1的作用，又可以监测外力或应变的变化。
优选的，所述的传感光纤位于由A侧部分2和B侧部分2构成的柱体的纵向轴心上。进一步的，所述的由A侧部分2和B侧部分3之间安置有连接块6。
优选的，所述的A侧部分2和B侧部分3的表面上布设的变形齿的高度、间距、或齿顶圆弧曲率这三个参数之一、之二或全部是变化的。从而可根据需要是以检测传感光纤衰减变化为主，还是以检测传感光纤长度变化为主而自由这三个参数设计。
为保证柱体结构的完整，在所述的柱体表面缠绕由固定丝5，如弹簧丝或铁丝等。优选的，所述的柱体表面布设有凹槽，所述的固定丝安置于凹槽内。
可以在所述的柱体的轴心上并排布设有多根传感光纤。
优选的，所述的传感光纤1的另一端安置有光反射单元。
优选的，所述的间隙4的螺旋形的节距是变化的。可以根据实际情况决定各个监测区域的监测精度。
优选的，所述的间隙4的螺旋形方向是顺时针方向、逆时针方向交替布设的。可提高加工组装本产品的速度。
优选的，所述的间隙4内填充有防水材料。所述的防水材料可以是光纤油膏。
优选的，所述的柱体10的外侧安置有保护套管。
实施方案二：
如图1、图2所示的一种螺旋微弯分布式光纤传感装置，一种螺旋微弯分布式光纤传感装置，包括由A侧部分2和B侧部分3构成的柱体，在A侧部分2和B侧部分3之间有连续的螺旋形的间隙4，传感光纤1夹持在间隙4内，且在传感光纤1上有螺旋缠绕的变形丝7，传感光纤1的末端与测试单元连接，变形丝7与变形齿具有相同的作用，即在外力作用与柱体上使间隙4间距变化时，使传感光纤1的弯曲状态改变，从而使传感光纤1内传输的光信号的状态发生改变，这被传感光纤末端连接的测试单元获取，从而达到监测应力、应变变化的目的。
优选的，所述的传感光纤1位于由A侧部分2和B侧部分3构成的柱体的纵向轴心上。
进一步的，所述的变形丝7的螺旋缠绕的节距是非均匀的。
进一步的，所述的由A侧部分2和B侧部分3之间安置有连接块6。
为保证柱体结构的稳定，在所述的柱体的表面布设有环形的凹槽，每个凹槽内安置有环形的卡簧。
优选的，所述的间隙4的螺旋形的节距是变化的。可以根据实际情况决定各个监测区域的监测精度。
优选的，所述的间隙4的螺旋形方向是正向、反向交替布设的。可提高加工组装本产品的速度。
优选的，所述的柱体的外侧安置有保护套管。
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化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (14)
1.一种线形光纤感测装置，其特征在于，包括由A侧部分（2）和B侧部分（3）构成的柱体，在A侧部分（2）和B侧部分（3）之间有连续的螺旋形的间隙（4），在间隙（4）的相对两侧的A侧部分（2）和B侧部分（3）的表面上布设有交错对应的变形齿，在两侧变形齿之间夹持有传感光纤（1），传感光纤（1）的末端与测试单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的传感光纤（1）位于由A侧部分（2）和B侧部分（3）构成的柱体的纵向轴心上。
3.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的由A侧部分（2）和B侧部分（3）之间安置有连接块（6）。
4.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的A侧部分（2）和B侧部分（3）的表面上布设的变形齿的高度是变化的。
5.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的A侧部分（2）和B侧部分（3）的表面上布设的变形齿的间距是变化的。
6.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的A侧部分（2）和B侧部分（3）的表面上布设的变形齿的齿顶圆弧的曲率是变化的。
7.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的传感光纤（1）的一端安置有光反射单元。
8.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的柱体的内部并排布设有多根传感光纤（1）。
9.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的间隙（4）的螺旋形的节距是变化的。
10.根据权利要求1所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的间隙（4）的螺旋形方向是顺时针方向、逆时针方向交替布设的。
11.一种线形光纤感测装置，其特征在于，包括由A侧部分（2）和B侧部分（3）构成的柱体，在A侧部分（2）和B侧部分（3）之间有连续的螺旋形的间隙（4），传感光纤（1）夹持在间隙（4）内，且在传感光纤（1）上有螺旋缠绕的变形丝（7），传感光纤（1）的末端与测试单元连接。
12.根据权利要求11所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的传感光纤（1）位于由A侧部分（2）和B侧部分（3）构成的柱体的纵向轴心上。
13.根据权利要求11所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的由A侧部分（2）和B侧部分（3）之间安置有连接块（6）。
14.根据权利要求11所述的一种线形光纤感测装置，其特征在于，所述的变形丝（7）的螺旋缠绕的节距是非均匀的。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160803 |