CN207717277U - 一种液压光纤传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液压光纤传感系统。所述液压光纤传感系统包括分布式偏振串扰测量系统、传感基带以及输入、输出保偏光纤跳线；传感基带包括支撑基带、传感保偏光纤和施压单元；施压单元用于在液体中对传感保偏光纤进行施压，同时还用于将传感保偏光纤固定在支撑基带上；施压单元连同其下方的传感保偏光纤和支撑基带共同构成传感单元。本实用新型所提供的液压光纤传感系统，可建立起偏振串扰强度与液体压力或深度的关系，故可实现对液体压强、液体深度、液体分层位置等的测量。通过本实用新型可以实现高空间分辨率、宽深度范围的准分布式测量，在大型储液设施监测、水位监测、液深或液压探测等工程领域具有潜在的应用价值。

Description

一种液压光纤传感系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体地说是一种液压光纤传感系统。

背景技术

保偏光纤（又称偏振保持光纤）是一种人为引入高双折射的特种光纤，通常是通过在光纤包层中加入应力区，使得光纤纤芯在横向两个相互正交的方向上具有不同的折射率，其中折射率高的称作慢轴，折射率低的称作快轴，光纤中沿两个正交方向传输的线偏振光波（或偏振模式）的偏振态在传输过程中可保持不变。然而，在外部压力等因素的作用下，在事件点位置处，保偏光纤的两个正交偏振模式之间会发生能量耦合。由于两种模式在光纤中传播速度不同，导致在到达接收端时两者间产生时延差。分布式偏振串扰光纤传感技术正是通过测量保偏光纤中产生的该时延差，并结合已知的光纤双折射，来反推出串扰点的位置以及外部扰动强度大小。该技术主要是通过迈克耳逊白光干涉仪对延迟进行测量，通过引入额外延迟差来排除二阶以上鬼峰干扰，具有高稳定性、高分辨率、抗外界干扰能力强、对光源功率波动不敏感、可进行长距离测量等优点。利用该原理可以实现长距离的分布式应力传感，且空间分辨率可达厘米量级，相比于测量距离较短的光频域反射（OFDR）技术和测量空间分辨率较低的光时域反射（OTDR）技术，在某些特殊的领域具有潜在的应用价值，如油气田、桥梁、大坝等大型工程结构以及飞机、机车、船体、风力发电机叶片等机械结构的长期在线健康状况检测。

目前，基于分布式偏振串扰分析的光纤传感技术已有一些报道和少数专利申请，实用化的产品还没有。已报道的包括直接横向压力、温度或应变的实验传感测量结果，但对于液体压力及液压相关传感测量的文献或专利还没有。由于液体压力是连续分布式的，直接将保偏光纤置于液体中（比如油罐、油井、水塔、水箱、深海、大坝等等）是不能进行测量的，因此必须设计有效的传感基带作为传感介质，在传感基带上设置高灵敏度的液压传感单元，才能进行很好的液压传感，甚至进行对不同液体混合时产生的分层以及对液体不同层次出现的湍流或波动进行有效测量。针对以上需求，本专利提出一种基于分布式偏振串扰分析的液压光纤传感系统方案，将在相关领域具有广泛的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种液压光纤传感系统，该系统能够实现对液体压强、液体深度、液体分层位置等的高精度测量。

本实用新型是这样实现的：一种液压光纤传感系统，包括分布式偏振串扰测量系统、输出保偏光纤跳线、传感基带和输入保偏光纤跳线；所述分布式偏振串扰测量系统的输入端通过所述输入保偏光纤跳线与所述传感基带的一端相接，所述分布式偏振串扰测量系统的输出端通过所述输出保偏光纤跳线与所述传感基带的另一端相接；

所述传感基带包括支撑基带、传感保偏光纤和施压单元；所述施压单元为一个或多个，所述施压单元用于在液体中对所述传感保偏光纤进行施压，同时所述施压单元还用于将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上；所述传感保偏光纤的两端分别连接所述输出保偏光纤跳线和所述输入保偏光纤跳线。

施压单元和其下方的传感保偏光纤及支撑基带共同构成一个传感单元，因此，一个施压单元对应一个传感单元。传感基带可以由一个或多个传感单元构成。

所述传感基带的设计方案之一是：所述支撑基带为条形薄片，所述传感保偏光纤沿所述支撑基带的轴向设置在所述支撑基带的一侧面上；一个或多个施压单元置于所述支撑基带的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。

所述传感基带的设计方案之二是：所述支撑基带为由条形薄片通过弯折而形成的矩形波状薄片，所述传感保偏光纤以波浪线形式置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上；一个或多个施压单元置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。

所述施压单元包括密封框、施压件和弹性薄膜；所述密封框为长方体结构，所述密封框的宽度小于等于所述支撑基带的宽度；在所述密封框的下表面沿其长度方向开有轴向贯通的用于容置所述传感保偏光纤的矩形沟槽；在所述密封框上开有与所述矩形沟槽交叉、用于容置所述施压件的置入孔，所述施压件置于所述置入孔内后与所述置入孔的内侧壁之间存在间隙；所述弹性薄膜设置在所述密封框的上表面，所述弹性薄膜与所述密封框的上表面以及所述施压件的上表面固定连接；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过所述施压件对置于所述矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。

所述施压件可以为矩形不锈钢施压条，此时所述置入孔为矩形置入孔；矩形不锈钢施压条的厚度与所述密封框的厚度相同；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。

当施压件为矩形不锈钢施压条时，所对应的传感基带的制作方法如下：

a、将传感保偏光纤置于支撑基带上；

b、将施压件置入密封框的置入孔内，且使施压件的四周不与置入孔的内侧壁相接触；

c、将弹性薄膜固定设置在密封框上表面，且弹性薄膜与施压件的上表面固定相接；

d、将固定在一起的密封框、施压件和弹性薄膜覆盖在传感保偏光纤上，且使传感保偏光纤无应力地置入密封框下表面所开的矩形沟槽内；此步骤中可以将传感保偏光纤位于矩形不锈钢施压条下面的部分剥去涂覆层，这样在后期测量过程中可以提高灵敏度；

e、沿轴向旋转传感保偏光纤，旋转角度为1度；对密封框外侧的弹性薄膜进行施压，弹性薄膜将压力通过施压件传递给传感保偏光纤，再由分布式偏振串扰测量系统测量串扰峰；

f、重复步骤e，直至得到最大串扰峰值，停止旋转传感保偏光纤；

g、固定传感保偏光纤，将密封框的下表面固定在支撑基带上；

h、对密封框的四周进行密封。

所述施压件还可以为梯形不锈钢施压片，此时所述置入孔为梯形置入孔；在梯形不锈钢施压片的下方设置有不锈钢圆柱，梯形不锈钢施压片的厚度与不锈钢圆柱的直径之和等于所述密封框的厚度；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过梯形不锈钢施压片及不锈钢圆柱对置于矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。

上述梯形不锈钢施压片可以为等腰梯形结构；此时置入孔为等腰梯形结构，且置入孔的上底边和下底边与矩形沟槽垂直相交；不锈钢圆柱的数量为三个，其中一个不锈钢圆柱置于梯形不锈钢施压片上底边的下方，且该不锈钢圆柱与矩形沟槽垂直相交，另外两个不锈钢圆柱置于梯形不锈钢施压片下底边下方的两端，且另外两个不锈钢圆柱与矩形沟槽垂直但不相交；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。

当施压件为梯形不锈钢施压片时，所对应的传感基带的制作方法如下：

a、将传感保偏光纤置于支撑基带上；

b、将不锈钢圆柱固定设置在施压件的下方，且在施压件的下方固定设置三个不锈钢圆柱，其中一个不锈钢圆柱设置在施压件上底边的下方，另外两个不锈钢圆柱设置在施压件下底边下方的两端；将施压件及不锈钢圆柱置于密封框的置入孔内，保证施压件及不锈钢圆柱与置入孔的内侧壁不接触，且施压件上表面与密封框上表面齐平；设置在施压件上底边下方的不锈钢圆柱与密封框下方的矩形沟槽垂直相交；

c、将弹性薄膜固定设置在密封框上表面，且弹性薄膜与施压件的上表面固定相接；

d、将固定在一起的密封框、施压件、不锈钢圆柱和弹性薄膜覆盖在传感保偏光纤上，且使传感保偏光纤无应力地置入密封框下表面所开的矩形沟槽内；此步骤中可以将传感保偏光纤位于不锈钢圆柱下面的部分剥去涂覆层，这样在后期测量过程中可以提高灵敏度；

e、沿轴向旋转传感保偏光纤，旋转角度为1度；对密封框外侧的弹性薄膜进行施压，弹性薄膜将压力通过施压件及不锈钢圆柱传递给传感保偏光纤，再由分布式偏振串扰测量系统测量串扰峰；

f、重复步骤e，直至得到最大串扰峰值，停止旋转传感保偏光纤；

g、固定传感保偏光纤，将密封框的下表面固定在支撑基带上；

h、对密封框的四周进行密封。

本实用新型所提供的液压光纤传感系统，可以建立起偏振串扰强度与液体压力或深度的关系，在一定测量动态范围内关系成近线性。在单一液体情况下，已知液体密度，可通过测量偏振串扰强度来得到液体深度；在多种液体分层并存的情况下，可通过深度-耦合强度曲线的斜率变化来判断出分层位置；在液体内部存在湍流或波动的情况下，可以准确判断出事件点位置。通过使用多个传感单元，本实用新型所提出的传感系统方案可以实现高空间分辨率、宽深度范围的准分布式测量，在大型储液设施监测、水位监测、液深或液压探测等工程领域具有潜在的应用价值。

附图说明

图1是本实用新型中液压光纤传感系统的结构示意图。

图2是本实用新型中分布式偏振串扰测量系统的工作原理示意图及典型测量结果图。

图3是本实用新型中传感基带的其中一种结构示意图。

图4是本实用新型中传感基带的另一种结构示意图。

图5是本实用新型中传感单元的其中一种结构示意图；其中，图5（a）传感单元的整体结构示意图，图5（b）是传感单元的分解结构示意图。

图6是本实用新型中传感单元的一种装配方法流程图。

图7是本实用新型中传感单元的另一种结构示意图；其中，图7（a）传感单元的整体结构示意图，图7（b）是传感单元的分解结构示意图。

图8是本实用新型中传感单元的另一种装配方法流程图。

图9是本实用新型实施例1中传感系统与测量结果图；其中，图9（a）是实施例1中液压光纤传感系统的结构示意图，图9（b）是实施例1的测量结果图。

图10是本实用新型实施例2中传感系统与测量结果图；其中，图10（d）是实施例2中液压光纤传感系统的结构示意图，图10（a）是实施例2中点1的测量结果图，图10（b）是实施例2中点2的测量结果图，图10（c）是实施例2中点3的测量结果图。

图中：101、分布式偏振串扰测量系统，102、光输出端口，103、光输入端口，104、输出保偏光纤跳线，105、传感基带，1051、支撑基带，1052、传感保偏光纤，1053、施压单元，106、输入保偏光纤跳线，201、超辐射发光二极管，202、起偏器，203、检偏器，204、保偏光纤，205、分束镜，206、静反射镜，207、动反射镜，208、光电探测器，209、数据采集卡，210、计算机处理系统，211、伺服电机；301、条形不锈钢薄片，401、矩形波状不锈钢薄片，501、矩形不锈钢施压条，502、第一密封框，503、弹性薄膜，701、梯形不锈钢施压片，7011、不锈钢圆柱，702、第二密封框，901、水槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本实用新型并不限于以下实施方式。

如图1所示，本实用新型提供的液压光纤传感系统，包括分布式偏振串扰测量系统101、输出保偏光纤跳线104、传感基带105和输入保偏光纤跳线106。传感基带105包括支撑基带1051、传感保偏光纤1052和施压单元1053。传感保偏光纤1052和施压单元1053利用胶水粘贴布置在支撑基带1051上。

分布式偏振串扰测量系统101的光输出端口102与输出保偏光纤跳线104的一端通过FC/PC型光纤连接器连接；输出保偏光纤跳线104的另一端与传感保偏光纤1052的一端通过保偏光纤熔接机熔接连接；传感保偏光纤1052的另一端与输入保偏光纤跳线106的一端通过保偏光纤熔接机熔接连接；输入保偏光纤跳线106的另一端与分布式偏振串扰测量系统101的光输入端口103通过FC/PC型光纤连接器连接。

如图2 所示，分布式偏振串扰测量系统101的工作原理为：超辐射发光二极管201发射光束经过起偏器202和保偏光纤204的输入端口（即光输出端口102）后进入保偏光纤204且振动方向平行于慢轴，故只有振动方向平行于慢轴的偏振模I₀在保偏光纤204的入射端口A处被激发；B点为一个串扰点，可以通过压力等方式引入，C点为保偏光纤204的输出端口（即光输入端口103）所在点，保偏光纤204的输出端经检偏器203以后入射迈克耳逊干涉仪的分束镜205；在B点会有一部分能量从慢轴耦合进快轴，但因为沿慢轴的光比沿快轴的光传播的慢，当慢轴的光I₀到达出射点C点时，在B点耦合进快轴的光I₁已经领先于慢轴光I₀光程ΔZ=Δn·Z （其中：Δn是保偏光纤的双折射，Z是B点到C点的保偏光纤的长度），这里的光程差ΔZ（也称为延迟距离）可以通过系统中迈克耳逊干涉仪所包含的分束镜205、静反射镜206和动反射镜207以及光电探测器208、数据采集卡209、伺服电机211、计算机处理系统210进行获取，并由计算机中的软件得到串扰量随延迟距离变化关系曲线图。如果已知保偏光纤204的双折射Δn的值，即可测得串扰点B和出射点C之间的保偏光纤204的长度Z；如果有多个串扰点同时存在时，可以进行准确定位；同时，由于串扰量大小与串扰点处所受到的压力大小具有确定的数学关系，也可以根据测量得到的串扰量随延迟距离的关系曲线图得到串扰点处所受到的压力大小。

分布式偏振串扰测量系统101可以为商用仪器（如美国Genaral Photonics Cor.生产的PXA-1000），也可以自行搭建，其结构和工作原理已有相关专利公布及论文发表，为本领域一般技术人员所熟知。

分布式偏振串扰测量系统101在构成本实用新型中的液压光纤传感系统时，保偏光纤204将自然被替换为输出保偏光纤跳线104、传感保偏光纤1052和输入保偏光纤跳线106，且三者依次熔接在一起。

如图3所示，支撑基带1051可以为条形不锈钢薄片301，其宽度为20mm、厚度为1mm。传感保偏光纤1052沿条形不锈钢薄片301的轴向设置在条形不锈钢薄片301的一侧面上，若干施压单元1053间隔置于条形不锈钢薄片301的一侧面上，且施压单元1053压住传感保偏光纤1052，通过胶水将施压单元1053固定在条形不锈钢薄片301上。条形不锈钢薄片301和传感保偏光纤1052的长度以及在其上所布置的施压单元1053的数量根据待测液体区的深度决定。施压单元1053的宽度小于等于条形不锈钢薄片301的宽度；两个相邻施压单元1053之间的间距需要大于等于6cm。条形不锈钢薄片301的厚度、宽度、材质可以根据实际需要改为其他。

如图4所示，支撑基带1051还可以是由条形不锈钢薄片通过弯折而形成的矩形波状不锈钢薄片401，其宽度为20mm、厚度为1mm。传感保偏光纤1052以波浪线形式置于矩形波状不锈钢薄片401的相互平行且对齐的侧面上，若干施压单元1053压住传感保偏光纤1052且置于矩形波状不锈钢薄片401的相互平行且对齐的侧面上，施压单元1053通过胶水固定在矩形波状不锈钢薄片401上。矩形波状不锈钢薄片401和传感保偏光纤1052的长度以及所布置的施压单元1053的数量根据待测液体区的深度决定；施压单元1053的宽度小于等于矩形波状不锈钢薄片401的宽度；矩形波状不锈钢薄片401上相互平行且对齐的侧面之间的距离应保证相邻两个施压单元1053之间距离大于等于6cm。矩形波状不锈钢薄片401的厚度、宽度、材质可以根据实际需要改为其他。

一个施压单元1053及其下的传感保偏光纤1052和支撑基带1051构成一个传感单元。传感基带可以由一个传感单元构成，也可以由若干个具有一定间距的传感单元构成。图5示出了传感单元的其中一种结构示意图。就图5（b）的分解图来看，传感单元自下而上依次包括支撑基带1051、传感保偏光纤1052、矩形不锈钢施压条501、第一密封框502和弹性薄膜503。第一密封框502的形状为长方体结构，其宽度小于等于支撑基带1051的宽度，第一密封框502的长度为20mm、厚度为1.5mm，在其下表面设置有沿其长度方向轴向贯通的用于容置传感保偏光纤1052的矩形沟槽，矩形沟槽的深度和宽度均为0.5mm，一般情况下传感保偏光纤1052的外径为0.25mm，矩形沟槽的深度和宽度应保证传感保偏光纤1052在其内可以旋转且不受挤压，其他实施例中矩形沟槽的深度和宽度可以根据需要而设置。在第一密封框502的中心同时开设有上下贯通、用于容置矩形不锈钢施压条501的置入孔，置入孔与矩形沟槽垂直相交，置入孔也是矩形结构，置入孔的长度比矩形不锈钢施压条501的长度大1mm，置入孔的宽度比矩形不锈钢施压条501的宽度大1mm，且置入孔的长度方向垂直于矩形沟槽的长度方向，置入孔的宽度方向平行于矩形沟槽的长度方向。当将矩形不锈钢施压条501置于置入孔内后，矩形不锈钢施压条501的四周侧壁与置入孔的内侧壁不接触，矩形不锈钢施压条501的上表面与第一密封框502的上表面齐平。矩形不锈钢施压条501的厚度与第一密封框502的厚度相同；矩形不锈钢施压条501的宽度为3mm、长度为10mm。弹性薄膜503与第一密封框502的上表面形状相同，其厚度为0.5mm，材质为塑料。弹性薄膜503与第一密封框502的上表面以及矩形不锈钢施压条501的上表面之间通过胶水粘接在一起。矩形不锈钢施压条501、第一密封框502、弹性薄膜503的材质、形状、尺寸可以根据实际需要改为其他。

如图6所示，图5中传感单元的装配方法如下：

步骤S61，将传感保偏光纤1052置于支撑基带1051上。

步骤S62，将矩形不锈钢施压条501置入第一密封框502的矩形不锈钢施压条置入孔，且保证矩形不锈钢施压条501不与第一密封框502接触。

步骤S63，将弹性薄膜503通过胶水粘贴于第一密封框502上表面，矩形不锈钢施压条501上表面也与粘贴于第一密封框502上表面的弹性薄膜503通过胶水粘贴。

步骤S64，将粘贴于一体的矩形不锈钢施压条501、第一密封框502、弹性薄膜503覆盖在传感保偏光纤1052上，且传感保偏光纤1052无应力地置入第一密封框502下表面的传感保偏光纤置入矩形沟槽。为了提高灵敏度，可将传感保偏光纤1052位于矩形不锈钢施压条501下面的部分剥去涂覆层。

步骤S65，沿轴向旋转传感保偏光纤1052，旋转角度为1度；对第一密封框502外侧的弹性薄膜503进行施压，弹性薄膜503将压力通过矩形不锈钢施压条501传递给传感保偏光纤1052，再用分布式偏振串扰测量系统101测量串扰峰。

步骤S66，重复步骤S65，直到得到最大串扰峰值，停止旋转传感保偏光纤1052。

步骤S67：固定传感保偏光纤1052；使用胶水将第一密封框502下表面粘贴于支撑基带1051上。

步骤S68：使用胶水将传感单元四周所有缝隙密封。

图7示出了传感单元的另一种结构示意图。由图7（b）的分解图可以看出，传感单元自下而上依次包括支撑基带1051、传感保偏光纤1052、梯形不锈钢施压片701、第二密封框702和弹性薄膜503。第二密封框702形状为长方体结构，其宽度小于等于支撑基带1051的宽度，第二密封框702的长度为20mm、厚度为1.5mm，在其下表面设置有其长度方向轴向贯通的用于容置传感保偏光纤1052的矩形沟槽，矩形沟槽的深度和宽度均为0.5mm，也可以根据实际需要改变。在第二密封框702的中心同时开设有上下贯通、用于容置梯形不锈钢施压片701的置入孔，置入孔与矩形沟槽垂直相交，置入孔也是梯形结构，且为等腰梯形。置入孔的上底边和下底边均垂直于矩形沟槽的长度方向。置入孔的上底、下底和高比梯形不锈钢施压片701的上底、下底和高均对应大1mm。梯形不锈钢施压片701的厚度比第二密封框702的厚度小1mm；梯形不锈钢施压片701为等腰梯形，上底长为5mm、下底长为15mm、高为15mm。在梯形不锈钢施压片701的下表面粘贴有三段长度为5mm、直径为1mm的不锈钢圆柱7011，不锈钢圆柱7011平行于梯形不锈钢施压片701的下表面，即：不锈钢圆柱7011的侧壁粘贴在梯形不锈钢施压片701的下表面。三个不锈钢圆柱7011中，其中一个粘贴在梯形不锈钢施压片701上底边下方的中心，另外两个粘贴在梯形不锈钢施压片701下底边下方的两端；且位于梯形不锈钢施压片701上底边下方的不锈钢圆柱7011与矩形沟槽垂直相交，另外两个不锈钢圆柱7011与矩形沟槽垂直但不相交。弹性薄膜503与第二密封框702的上表面形状相同，其厚度为0.5mm，材质为塑料。梯形不锈钢施压片701、第二密封框702、弹性薄膜503、不锈钢圆柱7011的材质、形状、尺寸可以根据实际需要改为其他。

如图8所示，图7中传感单元的装配方法如下：

步骤S81：将传感保偏光纤1052置于支撑基带1051上。

步骤S82：将已粘贴好不锈钢圆柱7011的梯形不锈钢施压片701置入第二密封框702的梯形不锈钢施压片置入孔，且保证梯形不锈钢施压片701不与第二密封框702接触。

步骤S83：将弹性薄膜503通过胶水粘贴于第二密封框702上表面，梯形不锈钢施压片701上表面与粘贴于第二密封框702上表面的弹性薄膜503通过胶水粘贴。

步骤S84：将粘贴于一体的梯形不锈钢施压片701、不锈钢圆柱7011、第二密封框702和弹性薄膜503覆盖在传感保偏光纤1052上，且传感保偏光纤1052无应力地置入第二密封框702下表面的传感保偏光纤置入矩形沟槽。为了提高灵敏度，可将传感保偏光纤1052位于不锈钢圆柱7011下面的部分剥去涂覆层。

步骤S85：沿轴向旋转传感保偏光纤1052，旋转角度为1度；对第二密封框702外侧的弹性薄膜503进行施压，弹性薄膜503将压力通过梯形不锈钢施压片701和不锈钢圆柱7011传递给传感保偏光纤1052，并使用分布式偏振串扰测量系统101测量串扰峰。

步骤S86：重复步骤S85，直到得到最大串扰峰值，停止旋转传感保偏光纤1052。

步骤S87：固定传感保偏光纤1052；使用胶水将第二密封框702下表面粘贴于支撑基带1051上。

步骤S88：使用胶水将传感单元四周所有缝隙密封。

上面对传感基带105两种结构的描述以及对传感单元两种结构的描述中所用到的胶水均为五零二胶水，也可以根据实际需要改为其他种类胶水。

本实用新型所提供的液压光纤传感系统，可以用于测量单一液体的液体深度、多种液体分层并存时的分层位置，也可以用于测量液体内部的湍流或波动发生位置。通过使用多个传感单元，可以实现高空间分辨率、宽深度范围的准分布式测量，在大型储液设施监测、水位监测、液深或液压探测等工程领域具有潜在的应用价值。

以下通过两个具体实施例说明和演示本实用新型提出的液压光纤传感系统的运行及输出性能。

实施例1：基于图3中传感基带结构以及图5中传感单元结构所做的水深度传感实验。

如图9所示，图9（a）为传感系统示意图，支撑基带1051上只布置了一个传感单元（即一个施压单元1053），传感保偏光纤1052使用的是商用熊猫保偏光纤（YOFC PANDA_PM1550_125-18/250），第一密封框502材质为ABS塑料并使用3D打印机制作。整个传感基带105中涉及到的粘贴胶水均为五零二胶水，密封用的胶水为密封胶。实验使用了底部带放水龙头的水槽901进行液压或液位测量，水槽901为圆柱形筒体结构，其内径为20cm。整个传感基带105使用五零二胶水粘贴固定在水槽901的靠近底部位置，且传感基带105竖向设置。实验开始前在水槽901中注满纯净水，传感单元距离顶部水面高度为190cm。由于水压的存在，弹性薄膜503将压力通过矩形不锈钢施压条501施加在传感保偏光纤1052上，使得在传感保偏光纤1052慢轴上传播的光束耦合到快轴上，造成偏振串扰，可通过分布式偏振串扰测量系统101测量串扰量随延迟距离变化关系曲线图，并得到串扰峰值大小。由于水压值与水深具有一一对应的数学关系，通过实验又可以得到水压与串扰峰值的关系，则可以通过实验得到串扰峰值随水深变化的实验数据。实验过程为：首先在注满水后，即传感单元距离顶部水面高度为190cm时，测量一组水深与串扰峰值的数据；然后通过水龙头放水，每当水位下降20cm后停止放水，并测量一次数据；放水直到传感单元距离水面低于10cm时，停止实验。实验结果如图9（b）的数据图所示，对实验数据进行线性拟合，可得拟合优度为0.93335，在测量深度范围内表现出了较好的线性度，拟合直线斜率为0.0786，为传感测量的灵敏度。通过数学计算，也可以容易得到水压随串扰峰值变化的关系。以上实验过程可以认为是本实用新型提供的液压光纤传感系统进行水深传感的标定过程。本实施例中传感基带105长度和传感单元数量可以根据实施场合和目的改变。

实施例2：基于图3中传感基带结构以及图7中传感单元结构所做的水深度传感实验

如图10所示，图10（d）为传感系统示意图，支撑基带1051上布置了三个传感单元（即三个施压单元1053），编号自下向上依次为点1、点2和点3。传感保偏光纤1052同实施例1，第二密封框702制作方法及材质与实施例1中第一密封框502的制作方法及材质相同，整个传感基带105中粘贴和密封方法以及胶水的使用同实施例1。实验使用实施例1相同的水槽901，传感基带105竖向设置，整个传感基带105使用五零二胶水粘贴固定在水槽901的靠近底部位置，实验原理同实施例1。水槽901中注满纯净水后，点1、点2和点3距离水面高度分别为180cm、168cm、156cm。实验过程为：首先在注满水后，即点1距离顶部水面高度为180cm时，测量一次串扰量与延迟距离关系曲线图，并分别提取点1、点2和点3对应的水深与串扰峰值的数据；然后通过水龙头放水，每当水位下降10cm后停止放水，并测量一次数据；对于每个传感单元，当距离水面高度不足10cm时，停止测量此点数据；当放水到点1距离水面低于10cm时，停止放水，测量数据后停止实验。实验结果如图10右侧的数据图（a）、（b）、（c）所示，分别为点1、点2和点3对应的实验数据。对图10（a）、（b）、（c）中实验数据分别进行线性拟合，可得拟合优度分别为0.99278、0.99861、0.99835，在测量深度范围内表现出了很好的线性度，拟合直线斜率分别为0.05374、0.06594、0.05762，分别为三个传感单元的测量灵敏度。同样，通过数学计算，也可以容易得到水压随串扰峰值变化的关系。从以上实验过程可以看出，图7中传感单元结构较图5中传感单元结构有更好的线性度，但是测量灵敏度较低。三个传感单元具有不同的初始串扰峰值和测量灵敏度均是因为制作时传感保偏光纤1052偏振主轴角度有差别或弹性薄膜503对梯形不锈钢施压片701施加预设力不同所导致。以上实验过程同样可以认为是本实用新型提供的液压光纤传感系统进行水深传感的标定过程。本实施例中传感基带105长度和传感单元数量可以根据实施场合和目的改变。

通过以上两个实施例可以看出，本实用新型提供的液压传感系统及所用的支撑基带设计方案和传感单元设计方案可以顺利实现既定传感目的。

以上对本实用新型所提供的液压光纤传感系统进行了详细介绍，本文中应用了两个具体实施例对本实用新型的系统和方法的可行性进行了验证和阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (7)

1.一种液压光纤传感系统，其特征是，包括分布式偏振串扰测量系统、输出保偏光纤跳线、传感基带和输入保偏光纤跳线；所述分布式偏振串扰测量系统的输入端通过所述输入保偏光纤跳线与所述传感基带的一端相接，所述分布式偏振串扰测量系统的输出端通过所述输出保偏光纤跳线与所述传感基带的另一端相接；

所述传感基带包括支撑基带、传感保偏光纤和施压单元；所述施压单元为一个或多个，所述施压单元用于在液体中对所述传感保偏光纤进行施压，同时所述施压单元还用于将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上；所述传感保偏光纤的两端分别连接所述输出保偏光纤跳线和所述输入保偏光纤跳线。

2.根据权利要求1所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述支撑基带为条形薄片，所述传感保偏光纤沿所述支撑基带的轴向设置在所述支撑基带的一侧面上；一个或多个施压单元置于所述支撑基带的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。

3.根据权利要求1所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述支撑基带为由条形薄片通过弯折而形成的矩形波状薄片，所述传感保偏光纤以波浪线形式置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上；一个或多个施压单元置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。

4.根据权利要求1所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压单元包括密封框、施压件和弹性薄膜；所述密封框为长方体结构，所述密封框的宽度小于等于所述支撑基带的宽度；在所述密封框的下表面沿其长度方向开有轴向贯通的用于容置所述传感保偏光纤的矩形沟槽；在所述密封框上开有与所述矩形沟槽交叉、用于容置所述施压件的置入孔，所述施压件置于所述置入孔内后与所述置入孔的内侧壁之间存在间隙；所述弹性薄膜设置在所述密封框的上表面，所述弹性薄膜与所述密封框的上表面以及所述施压件的上表面固定连接；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过所述施压件对置于所述矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。

5.根据权利要求4所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压件为矩形不锈钢施压条，所述置入孔为矩形置入孔；所述施压件的厚度与所述密封框的厚度相同；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。

6.根据权利要求4所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压件为梯形不锈钢施压片，所述置入孔为梯形置入孔；在所述施压件的下方设置有不锈钢圆柱，所述施压件的厚度与所述不锈钢圆柱的直径之和等于所述密封框的厚度；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过所述施压件及所述不锈钢圆柱对置于所述矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。

7.根据权利要求6所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压件为等腰梯形结构；所述置入孔为等腰梯形结构，且所述置入孔的上底边和下底边与所述矩形沟槽垂直相交；所述不锈钢圆柱的数量为三个，其中一个不锈钢圆柱置于所述施压件上底边的下方，且该不锈钢圆柱与所述矩形沟槽垂直相交，另外两个不锈钢圆柱置于所述施压件下底边下方的两端，且另外两个不锈钢圆柱与所述矩形沟槽垂直但不相交；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。