CN113739826B - 一种光纤传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤传感装置，包括光纤、接触底板、传力弹性件和封装盖板，其中，所述接触底板与待测对象连接，所述传力弹性件安装于所述接触底板的上端面，所述封装盖板盖设于所述传力弹性件的上方，所述光纤通过封装剂封装于所述传力弹性件与所述封装盖板之间，所述传力弹性件在所述光纤封装时呈压缩状设置。本发明具有提高监测准确性、且更换维修方便、成本低等优点。

Description

一种光纤传感装置

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，尤其涉及一种光纤传感装置。

背景技术

光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。其包括准分布式光纤传感器和分布式光纤传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中，光束经由光纤导入，通过调制器后再射出，其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。

现有的光纤传感器是通过环氧树脂粘贴到待测物体表面，当物体发生振动时，传感器内部会发生微小变形，引起光纤中的波长或者强度发生变化，再经过光纤解调仪测得该变化的参数，从而实现对该物体的监测。由于现有的光纤传感器直接通过环氧树脂粘贴在被测物体表面，其无法重复利用、成本高；同时，环氧树脂包裹光纤传感器的形式无法保证环氧树脂均匀涂抹于光纤传感器表面，光纤传感器容易因涂抹不均导致监测误差，且环氧树脂在使用或搬运过程中容易受损，无法对光纤传感器起到很好的保护作用。同时，对于准分布式光纤传感器，由于光纤整体预埋到环氧树脂中，若光纤在使用过程中发生损坏需整体更换维修，其成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高监测准确性、且更换维修方便、成本低的光纤传感装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种光纤传感装置，包括光纤、接触底板、传力弹性件和封装盖板，其中，所述接触底板与待测对象连接，所述传力弹性件安装于所述接触底板的上端面，所述封装盖板盖设于所述传力弹性件的上方，所述光纤通过封装剂封装于所述传力弹性件与所述封装盖板之间，所述传力弹性件在所述光纤封装时呈压缩状设置。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述光纤为准分布式光纤，所述传力弹性件为多个或一个，当所述传力弹性件为多个时，多个所述传力弹性件呈阵列布置，且所述传力弹性件的上端设置有传力板，所述准分布式光纤的光纤光栅段封装于所述传力板与所述封装盖板之间；当所述传力弹性件为一个时，所述准分布式光纤的光纤光栅段封装于所述传力弹性件与所述封装盖板之间。

所述光纤为分布式光纤，所述传力弹性件为多个，多个所述传力弹性件沿所述分布式光纤的长度方向排列布置，且封装于所述传力弹性件与所述封装盖板之间。

所述传力弹性件和所述封装剂的总体高度小于所述封装盖板的高度。

所述封装盖板包括盖板安装段和光纤封装段，其中，所述盖板安装段通过紧固件或磁铁与所述接触底板可拆卸地连接；所述光纤封装段凸设于所述盖板安装段的上表面，所述光纤穿过所述光纤封装段。

光纤传感装置还包括由多个限位板围合而成的水平限位区，所述限位板安装于所述接触底板的上表面，所述盖板安装段限位安装于所述水平限位区内。

光纤传感装置还包括临时保护盖，所述临时保护盖在封装盖板取出时盖设于所述传力弹性件的上方，所述临时保护盖的高度等于或大于所述传力弹性件的高度。

所述接触底板的放置传力弹性件的区域为提高传力灵敏度的柔性区域。

所述接触底板通过粘接剂与待测对象连接，所述接触底板上设有排出粘接位置空气和多余粘接剂的排出通孔。

所述封装剂为环氧树脂，所述粘接剂为环氧树脂或水泥基界面剂。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明设置有接触底板、传力弹性件和封装盖板，接触底板与待测对象连接，传力弹性件安装于接触底板的上端面，光纤通过封装剂封装于传力弹性件与封装盖板之间，传力弹性件在光纤封装时呈压缩状设置。当待测对象发生振动时，振动通过接触底板传递至压缩状的传力弹性件，此时，传力弹性件将压缩封装剂、引起光纤产生微小形变，此时，即可实现光纤对待测对象应力状况的监测，其监测效果好，且结构简单。

本发明通过接触底板可实现光纤传感装置与待测对象的整体分离，避免了光纤通过环氧树脂直接粘贴在待测对象表面拆卸困难的问题；对于不同波段的光纤或损坏的光纤通过拆卸封装盖板即可实现光纤的快速更换。其使得光纤传感装置可重复使用、更换维修方便，成本低。

同时，光纤通过封装剂封装于传力弹性件与封装盖板之间，使得光纤处于封装盖板与接触底板围合的区域内、与外界相隔离，以对光纤进行有效保护，避免光纤在使用和运输过程发生损坏；同时，封装剂涂满于弹性件与封装盖板之间的区域内，避免了环氧树脂包裹光纤厚度不均现象的发生，其使得光纤外表面的封装剂厚度均匀，保证了监测结果的准确性。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明实施例1的立体结构示意图。

图2是本发明实施例1去除封装盖板后的立体结构示意图。

图3是本发明实施例1封装盖板与光纤的位置关系示意图。

图4是本发明实施例1封装盖板与传力弹性件的装配关系示意图。

图5是本发明实施例1柔性区域的设置位置示意图。

图6是本发明实施例1安装临时保护盖后的立体结构示意图。

图7是本发明实施例1临时保护盖的立体结构示意图。

图8是本发明实施例2的立体结构示意图。

图9是本发明实施例2去除封装盖板后的立体结构示意图。

图10是本发明实施例2封装盖板与光纤的位置关系示意图。

图11是本发明实施例2封装盖板与传力弹性件的装配关系示意图。

图12是本发明实施例2柔性区域的设置位置示意图。

图13是本发明实施例2安装临时保护盖后的立体结构示意图。

图14是本发明实施例2临时保护盖的立体结构示意图。

图中各标号表示：

1、光纤；2、接触底板；21、柔性区域；22、排出通孔；3、传力弹性件；4、封装盖板；41、盖板安装段；42、光纤封装段；5、紧固件；6、水平限位区；61、限位板；7、临时保护盖；8、传力板；9、封装剂。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例的光纤传感装置，包括光纤1、接触底板2、传力弹性件3和封装盖板4，其中，接触底板2与待测对象连接，传力弹性件3安装于接触底板2的上端面，封装盖板4盖设于传力弹性件3的上方，光纤1通过封装剂9封装于传力弹性件3与封装盖板4之间，传力弹性件3在光纤1封装时呈压缩状设置。当待测对象发生振动时，振动通过接触底板2传递至压缩状的传力弹性件3，此时，传力弹性件3将压缩封装剂9、引起光纤1产生微小形变，此时，即可实现光纤1对待测对象应力状况的监测，其监测效果好，且结构简单。

本发明通过接触底板2可实现光纤传感装置与待测对象的整体分离，避免了光纤1通过环氧树脂直接粘贴在待测对象表面拆卸困难的问题；对于不同波段的光纤或损坏的光纤通过拆卸封装盖板4即可实现光纤1的快速更换。其使得光纤传感装置可重复使用、更换维修方便，成本低。

同时，光纤1通过封装剂9封装于传力弹性件3与封装盖板4之间，使得光纤1处于封装盖板4与接触底板2围合的区域内、与外界相隔离，以对光纤1进行有效保护，避免光纤1在使用和运输过程中发生损坏；同时，封装剂9涂满于传力弹性件3与封装盖板4之间的区域内，避免了环氧树脂包裹光纤1厚度不均现象的发生，其使得光纤1外表面的封装剂9厚度均匀，提高了监测结果的准确性。

本实施例中，光纤1为准分布式光纤。传力弹性件3设置为六个，六个传力弹性件3呈阵列布置，且传力弹性件3的上端设置有传力板8，准分布式光纤的光纤光栅段封装于传力板8与封装盖板4之间。传力板8的设置使得待测对象的振动力可均匀传递至光纤1，提高了监测结构的准确性。

在其他实施例中，传力弹性件3的设置数量可根据实际情况进行调整，如设置为四个、八个等。同时，传力弹性件3也可仅设置为一个，准分布式光纤的光纤光栅段封装于传力弹性件3与封装盖板4之间。

本实施例中，传力弹性件3和封装剂9的总体高度小于封装盖板4的高度，使得传力弹性件3在封装盖板4安装、光纤1封装后呈压缩状，以保证待测对象的振动力有效传递至光纤1。同时，传力弹性件3通过焊接或粘接的方式与接触底板2固定，传力弹性件3为弹簧或橡胶件。

如图3所示，封装盖板4包括盖板安装段41和光纤封装段42。其中，盖板安装段41通过紧固件5与接触底板2可拆卸地连接，使得不同波段的光纤或损坏的光纤可通过拆卸封装盖板4快速更换。在其他实施例中，盖板安装段41也可通过磁铁与接触底板2可拆卸地连接。

同时，光纤封装段42凸设于盖板安装段41的上表面，光纤1穿过光纤封装段42，准分布式光纤的光纤光栅段封装于光纤封装段42内，其使得光纤1可分段进行维修替换，避免了整体更换光纤1维修成本高的问题，其更换方便、成本低。具体讲：

当光纤1的非光纤光栅段发生损坏时，由于非光纤光栅段位于光纤封装段42的外部，其没有环氧树脂封装，因此，可直接采用熔接机将损坏断裂处进行修复。当光纤1中的光纤光栅段发生损坏时，由于光纤光栅段位于光纤封装段42的内部，其需拆卸封装盖板4、埋入新的光纤光栅段，之后通过封装剂9封装，再通过熔接机与原有光纤1进行连接，达到维修及更换目的。

进一步地，在光纤1的非光纤光栅段设置保护套管，以进一步保护光纤1的非光纤光栅段，减小光纤光栅段损坏风险。

如图1和图2所示，光纤传感装置还包括水平限位区6。水平限位区6由四个限位板61围合而成，限位板61安装于接触底板2的上表面，盖板安装段41限位安装于水平限位区6内，以防止封装盖板4水平移动，保证监测的顺利进行。

如图5所示，接触底板2的放置传力弹性件3的区域为柔性区域21，柔性区域21在待测对象振动时可发生变形，从而将变形量通过传力弹性件3、封装剂9有效传递给光纤1，其大大提高了振动力传递的灵敏度，保证了光纤1监测结果的精准性。

本实施例中，接触底板2通过粘接剂与待测对象连接，接触底板2上设有排出通孔22，以排出粘接位置的空气和多余粘接剂，使得接触底板2与待测对象均匀可靠连接，保证监测结果的准确性。

本实施例中，封装剂为环氧树脂，粘接剂为环氧树脂或水泥基界面剂。在监测结束后，若接触底板2通过环氧树脂与待测对象连接，接触底板2可通过加热的方式使环氧树脂软化分离；若接触底板2通过水泥基界面剂与待测对象连接，接触底板2可通过水泥基界面剂铲除的方式分离，其使得光纤传感装置可重复使用，降低成本。

如图6和图7所示，光纤传感装置还包括临时保护盖7。在暂停监测、取出封装盖板4时，临时保护盖7盖设于传力弹性件3的上方，临时保护盖7的高度等于或大于传力弹性件3的高度，以在传力弹性件3区域形成密闭的保护空间，保证后续监测的可靠安全进行。进一步地，临时保护盖7通过紧固件5或磁铁安装于接触底板2上，以固定临时保护盖7的位置。

实施例2

图7至图14示出了本发明的另一种光纤传感装置的实施例，本实施例与上一实施例基本相同，区别在于本实施例的光纤1为分布式光纤。传力弹性件3为多个，多个传力弹性件3沿分布式光纤的长度方向排列布置，且封装于传力弹性件3与所述封装盖板4之间。当待测对象发生振动时，待测对象的振动位置的作用力通过对应传力弹性件3传递至对应区域的光纤1，以实现精确监测。相邻传力弹性件3的间距越小，监测精度越高。

本实施例中，分布式光纤为直线形光纤。在其他实施例中，分布式光纤也可为弧形光纤，此时，传力弹性件3沿弧形光纤排列布置，封装盖板4和限位板61设置为对应的弧形板。

进一步地，传力弹性件3的上端设置为球形、锥形或多边形结构，以提高监测精度，以满足不同监测要求。

进一步地，接触底板2可根据光纤1长度进行拼接设置。接触底板2的拼接位置通过端部连接板拼接，以调整光纤1的长度适用不同监测需求。

如图12所示，本实施例与实施例1相同，接触底板2的放置传力弹性件3的区域同样设置有柔性区域21，柔性区域21沿传力弹性件3的布置方向设置。柔性区域21在待测对象振动时可发生变形，从而将变形量通过传力弹性件3、封装剂9有效传递给光纤1，其大大提高了振动力传递的灵敏度，保证了光纤1监测结果的精准性。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种光纤传感装置，其特征在于，包括光纤、接触底板、传力弹性件和封装盖板，其中，所述接触底板的底端平面与待测对象的表面连接，所述传力弹性件为多个，所述传力弹性件安装于所述接触底板的上端面，所述封装盖板盖设于所述传力弹性件的上方，所述光纤为准分布式光纤，所述光纤通过封装剂封装于所述传力弹性件与所述封装盖板之间，所述传力弹性件在所述光纤封装时呈压缩状设置；所述封装盖板包括盖板安装段和光纤封装段，其中，所述盖板安装段通过紧固件或磁铁与所述接触底板可拆卸地连接；所述光纤封装段凸设于所述盖板安装段的上表面，所述光纤穿过所述光纤封装段；所述接触底板的放置传力弹性件的区域为提高传力灵敏度的柔性区域。

2.根据权利要求1所述的光纤传感装置，其特征在于，多个所述传力弹性件呈阵列布置，且所述传力弹性件的上端设置有传力板，所述准分布式光纤的光纤光栅段封装于所述传力板与所述封装盖板之间。

3.根据权利要求1所述的光纤传感装置，其特征在于，所述光纤为分布式光纤，所述传力弹性件为多个，多个所述传力弹性件沿所述分布式光纤的长度方向排列布置，且封装于所述传力弹性件与所述封装盖板之间。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光纤传感装置，其特征在于，所述传力弹性件和所述封装剂的总体高度小于所述封装盖板的高度。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的光纤传感装置，其特征在于，还包括由多个限位板围合而成的水平限位区，所述限位板安装于所述接触底板的上表面，所述盖板安装段限位安装于所述水平限位区内。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的光纤传感装置，其特征在于，还包括临时保护盖，所述临时保护盖在封装盖板取出时盖设于所述传力弹性件的上方，所述临时保护盖的高度等于或大于所述传力弹性件的高度。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的光纤传感装置，其特征在于，所述接触底板通过粘接剂与待测对象连接，所述接触底板上设有排出粘接位置空气和多余粘接剂的排出通孔。

8.根据权利要求7所述的光纤传感装置，其特征在于，所述封装剂为环氧树脂，所述粘接剂为环氧树脂或水泥基界面剂。