CN2183561Y - 光纤力学量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光纤传感技术领域，由外套及封
装在该外套中的光纤传感元所组成，其特征在于所说
的光纤传感元由截面积不同的相间排列的多段腐蚀
段与未腐蚀段光纤构成。本实用新型具有结构简单、
紧凑，测量灵敏度高，工作稳定性好等特点。
Description
本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种光纤力学量传感器的结构设计。
新型光纤力学量传感器是构成测量构件等应变（应力）压力、损伤以及振动等的传感器。以构件应变测量为例。传统的应变测量是采用已广泛使用电阻应变片。这种元件体积极小，但灵敏度不高，每次测量需进行调整，稳定性差，怕潮湿，易受电磁干拢；在使用中亦很难构成传感器网进行多点大面积测量，光纤应变传感器则灵敏度高，测量重复性好，稳定性高，可以单点测量，也可以构成分布式传感器网进行多点大范围测量，抗电磁干扰等优点。以往已研制的光纤应变传感器主要有两大类：一类为微弯型，另一类为干涉计型，微弯型是利用外力作用下，附加机构段光纤局部产生微弯，导致光纤中传输的泄漏模增加，光功率从微弯处漏出，使传输的光功率变小，从而测量出加在光纤上应变的大小。这类光纤传感器的光纤大部分是用塑料光纤，但因为此种光纤的软化点低，应用受到限制，而且这种传感器需要导引应变的附加装置，因而使用上结构较为复杂。另一类干涉计型传感器，是利用光的干涉原理，当外加应变至测量臂时，光纤中传输光的相位等发生变化，和参考臂的光发生干涉，干涉条纹的变化与新加应变有关。这种传感器灵敏度很高，但是易受其他因素干扰，工作难以稳定，或者应用特种光纤来克服不稳定性，结构也是复杂的。
本实用新型的目的在于克服已有技术的不足之处，设计一种新型光纤力学量传感器。使其具有结构简单紧凑，测量灵敏度高，工作稳定性好等特点。
本实用新型设计出一种光纤力学量传感器，由外套及装在该外套中的光纤传感元所组成，其特征在于所说的光纤传感元由截面积不同的相间排列的多段腐蚀段与未腐蚀段所构成。
本实用新型所述的传感器的工作原理为：当两段具有不同截面积的光纤连接在一起时，其连接损耗和连接区的模体积有关。当外加应力作用于光纤（例如，拉伸）光纤的长度（应变效应），半径变化（泊松效应），折射率变化（光弹效应），导致模体积发生变化。当一束激光射入光纤后，接收到有应力作用时光强的变化（损耗）就可测得应力的大小。
本实用新型所述的截面积不同相间排列的梳状结构光纤传感元是采用半导体制作工艺的光刻、腐蚀方法制成的，光纤腐蚀段的截面积由腐蚀时间长短加以控制。
本实用新型所述光纤传感元长度约为30～50毫米，所说腐蚀段长度为0.1～0.5毫米，所说腐蚀段长度与未腐蚀段长度为之比≤1。其灵敏度可达50以上。
用本实用新型所述的这种光纤传感器构成力学量传感器，具有结构简单、紧凑，测量灵敏度高，工作稳定性好等特点，便于组成传感器网进行多点大面积测量，可广泛用于应变、压力、振动、位移等测量。
附图简要说明
图1为本实用新型实施例1结构示意图；
图2为本实用新型实施例2结构示意图；
本实用新型提供两种光纤应力传感器实施例，其结构如图1～2所示，结合附图详细描述如下：
实施例1为一种园柱型光纤应力传感器，其结构如图1所示。其中，1为光纤传感元，它由相间排列的腐蚀段和末腐蚀段所构成，2为不锈钢外套管（可采用医用针头不锈钢管），钢管的内径略大于光纤的外径封装时，钢管内要去油，光纤两端去除外表面的二次涂复后与钢管用胶或树脂3封装成一体。这种封装的传感器既可用于构件表面应力测量，也可埋没于构件内部进行测量。
实施例2为平板式光纤应力传感器。其特点是由两片粘合在一起的弹簧片22（例如磷青铜片）构成传感器外套。每片弹簧片上相对位置有一凹槽，所说的光纤传感元封装在两凹槽中。封装时，先将光纤传感元放入一片弹簧片的凹槽中，光纤传感元21两端去涂复层后用胶或树脂23与弹簧片固定在一起，上面再用一片同样的弹簧片盖上（图中未画出），两弹簧片之间用胶粘合成一体。这种封装的传感器既可用于构件表面，也可埋入构件内部，但要注意使应力垂直于弹簧片面。
应用本实用新型传感器可配以稳定化的LED或激光源，双路法检测信号，用单片机进行信号处理，即可成为一种新型光纤力学量传感器。
Claims (4)
1、一种光纤力学量传感器，由外套及封装在该外套中的光纤传感元所组成，其特征在于所说的光纤传感元由截面积不同的相间排列的多段腐蚀段与未腐蚀段光纤构成。
2、如权利要求1所述的传感器，其特征在于所说的光纤传感元长度为30～50毫米，所说腐蚀段长度为0.1～0.5毫米，所说腐蚀段长度与未腐蚀段长度之比≤1。
3、如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于所说外套为内径略大于所说光纤外径的不锈钢管。
4、如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于所说的外套由两片粘合在一起的弹簧片所组成，每片弹簧片上相对位置有凹槽，所说的光纤封装在两凹槽中。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102826501A (zh) * | 2012-09-17 | 2012-12-19 | 无锡英普林纳米科技有限公司 | 石英纤维表面微结构及其制备方法 |
| CN103831576A (zh) * | 2012-11-23 | 2014-06-04 | 空中客车运营简化股份公司 | 应变测量装置以及将该应变测量装置安装在构件中的方法 |
| CN110031138A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-19 | 上海大学 | 基于光纤光栅技术的土工格栅受力的直接测量方法 |
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1994
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