CN201772966U - 基于c型弹簧管的光纤压力传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，有一个包含信号光纤的多层微弯元件安装于C型弹簧管上。当被测压力通入C型弹簧管内，C型弹簧管有变圆和伸直趋向，C型弹簧管的伸直位移引起多层微弯元件压缩，使包含在多层微弯元件内的信号光纤的弯曲曲率变化，从而使传输于信号光纤内的光信号功率有显著的变化，通过测试仪器的检测，达到了测定压力的大小。由于采用了多层微弯元件，延长了信号光纤的有效长度，并减少了信号光纤的弯曲曲率，从而在提高该装置的精度同时，大大延长了信号光纤的使用寿命，使本实用新型的装置具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于气体或液体压力测量仪器的传感装置，尤其是涉及一种基于C型弹簧管并通过对光纤微弯损耗变化的检测而达到压力传感目的的装置。
背景技术
现有光纤压力传感装置的种类较多，主要包括光强度调制型光纤传感装置、光纤光栅压力传感装置、光纤干涉压力传感装置等多种类型，后两者的特点是传感灵敏度高，但是实际应用过程中，存在设备复杂、使用运行成本高等缺陷和不足，从而使得光纤传感装置的应用推广受到很大限制。在光强度调制型光纤压力传感装置中又主要有膜片反射式或微弯损耗式结构。前者主要的缺陷是光纤在传感装置中不连续，存在端面污染问题，影响该光纤传感装置的长期使用精度，后者微弯损耗式主要有两种类型，一种是锯齿板周期微弯损耗式装置，两块经严格加工的锯齿板平行安置，并在两平行锯齿板间夹持有光纤，该装置中光纤的变形量很小，只有数百微米导致检测范围小，限制其实用化及应用范围；另一种类型是中国专利93206204.0《光纤传感压力头》、和西安理工大学学报(2000)Vol.16 No.1p.69-73的文章《基于C型弹簧管和光纤环的光纤压力传感器》中提出的：将光纤盘为直径5-10mm左右的光纤环数圈，并通过夹具安置在固定支架和C型弹簧管之间，在有压力变化时，C型弹簧管的位置相对于固定支架的变动而改变了光纤环的弯曲曲率，造成在光纤环中的光纤传输光信号的弯曲损耗变化，通过对该弯曲损耗变化的检测，可以获得监测压力的变化，但两者装置中的光纤环均要求直径在5-10mm左右，而绝大多数光纤在该弯曲曲率下均会有很大的弯曲内应力，光纤会在短时间内断裂，导致该光纤传感器的失效，从而限制了该类传感器的实用及推广。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，采用的是多层光纤微弯结构，不仅增加了检测距离，并使该光纤检测装置具有使用寿命长、精度高的特点。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：有一个包含信号光纤的多层微弯元件安装于C型弹簧管上。
当被测压力通入C型弹簧管内，C型弹簧管有变圆和伸直趋向，C型弹簧管的伸直位移引起多层微弯元件压缩，使包含在多层微弯元件内的信号光纤的弯曲曲率变化，从而使传输于信号光纤内的光信号功率有显著的变化，通过测试仪器的检测，达到了测定压力的大小。由于采用了多层微弯元件，延长了信号光纤的有效长度，并减少了信号光纤的弯曲曲率，从而在提高该装置的精度同时，大大延长了信号光纤的使用寿命。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：有一个包含参考光纤的多层光纤微弯元件安装于固定支架上。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的多层微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的多层微弯元件是由一个曲线型的内部包含有相互交错对应的两列变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的多层微弯元件是由一个弹簧型的相邻两圈弹簧丝上有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的信号光纤的一端安置有光反射装置，如反射镜或光纤光栅。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的信号光纤的一端的延长光纤接1×2光分路器的1端，1×2光分路器的2端分别接光源和光功率计。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的信号光纤被防水材料包覆。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的防水材料是阻水油膏。
本实用新型的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述信号光纤为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，该传感器结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、灵敏度高；
2、基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，因由多层微弯元件构成，大大增加了信号光纤的有效弯曲长度，一方面增加了检测的精度和灵敏度，并可以减少信号光纤的弯曲曲率，从而延长了信号光纤的使用寿命，使该光纤检测装置具有使用寿命长的特点；
3、基于C型弹簧管的光纤压力传感装置由于采用了多层微弯变形器，从而可以使本装置可以响应更大的压力作用距离，扩展了该装置的使用范围。
综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，所具有多层微弯元件结构可以大幅度减少信号光纤弯曲曲率，并大幅度延长了信号光纤的有效长度，使本实用新型的装置具有更好的精度和更长的使用寿命。
下面通过附图和实施例，对实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型第一具体实施方式的结构示意图。
图2为本实用新型第一具体实施方式的主要部位的剖面结构示意图。
图3为本实用新型第二具体实施方式的结构示意图。
图4为本实用新型第三具体实施方式的结构示意图。
图5为本实用新型第四具体实施方式的结构示意图。
附图标记说明：
| 1-延长光纤； | 2-夹具； | 3-固定支架； |
| 4-多层微弯元件； | 5-测试单元； | 6-信号光纤； |
| 7-处理单元； | 8-夹具； | 9-C型弹簧管； |
| 20-1×2光分路器； | 21-稳定光源； | 22-光探测器； |
| 23-光反射镜； | 30-弹簧丝。 |
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，本实用新型有一个包含信号光纤6的多层微弯元件4的两端通过夹具2和夹具8分别安装于C型弹簧管9和固定支架3上。信号光纤6的通过延长光纤1与测试单元5连接，测试单元5后面连接的是处理单元7，信号光纤6弯曲曲率的变化会导致在信号光纤6内部传输的光信号的变化，通过测试单元5可以监测到该光信号的变化，并通过处理单元7进行后续处理。当被测压力P通入C型弹簧管9内，C型弹簧管9有变圆和伸直趋向，C型弹簧管9的伸直位移带动夹具2，使夹具2与夹具8之间的位置改变，从而引起多层微弯元件4的压缩，使包含在多层微弯元件4内的信号光纤6的弯曲曲率变化，从而使传输于信号光纤6内的光信号功率有显著的变化，通过测试单元5的检测，达到了测定压力P的大小。由于采用了多层微弯元件4，延长了信号光纤6的有效长度，并减少了信号光纤6的弯曲曲率，从而在提高该装置的精度同时，大大延长了信号光纤6的使用寿命。本实施例中的多层微弯元件4是由双层平板型微弯变形器构成，当然也可根据需要增加到三层、四层等更多的层数，从而可以使本实用新型的装置具有很高的精度和灵敏度。
所述信号光纤6为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤6也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤；或是多根信号光纤6并排夹持在变形齿间，或是多根信号光纤6通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带。
所述信号光纤6和延长光纤1外部包覆有防水材料，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤6和延长光纤1的侵蚀，延长了信号光纤6和延长光纤1的使用寿命。
另外，在本实施例中，可以将一个有一个包含参考光纤的多层光纤微弯元件4安装于固定支架3上，以补偿温度、震动等干扰因素对测试结果的影响。参考光纤与信号光纤6是相同类型的光纤，并且参考光纤与信号光纤6处于相同的保护条件下。
实施例2
如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是：在信号光纤6的一端的安置有光反射镜23，信号光纤6的另一端与延长光纤1连接，延长光纤1接1×2光分路器20，1×2光分路器20的2端分别接稳定光源21和光探测器22，稳定光源21和光探测器22又与处理单元7连接，这样可以使信号光纤6内传输的光信号两次通过信号光纤6的弯曲部分，进一步提高了本检测装置的精度和灵敏度。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3
如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是：多层微弯元件4是由一个螺旋型的内部包含有相互交错对应的两列变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤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4
如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是：多层微弯元件4是由一个弹簧型的相邻两圈弹簧丝30上有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤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。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：有一个包含信号光纤的多层微弯元件安装于C型弹簧管上。
2.按照权利要求1所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：有一个包含参考光纤的多层光纤微弯元件安装于固定支架上。
3.按照权利要求1或2所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的多层微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成。
4.按照权利要求1或2所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的多层微弯元件是由一个曲线型的内部包含有相互交错对应的两列变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。
5.按照权利要求1或2所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的多层微弯元件是由一个弹簧型的相邻两圈弹簧丝上有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。
6.按照权利要求1所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的信号光纤的一端安置有光反射装置。
7.按照权利要求6所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的信号光纤的一端的延长光纤接1×2光分路器的1端，1×2光分路器的2端分别接光源和光功率计。
8.按照权利要求1所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的信号光纤被防水材料包覆。
9.按照权利要求8所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述的防水材料是阻水油膏。
10.按照权利要求1所述的基于C型弹簧管的光纤压力传感装置，其特征在于：所述信号光纤是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤，以及为外部包有多层光纤保护层的光纤。
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