CN220356321U - 一种多量程光纤应变传感结构、光缆和传感器 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例提供了一种多量程光纤应变传感结构和传感器，传感结构包括：在传感器使用的光纤中，设置多根光纤，各所述光纤的余长不同。本申请提供的技术方案用以解决现有技术中光纤的余长控制不满足动态应变监测要求问题。
Description
技术领域
本文件涉及光纤传感领域，尤其涉及一种多量程光纤应变传感结构、光缆和传感器。
背景技术
各种大型基础设施会因为地震、地质、自然环境和人类生产、生活、交通及自身腐蚀、开裂、沉降的影响而发生应变变形，轻则导致结构物开裂、损坏、坍塌，重则导致人员伤亡、环境污染。因此，对各种结构物的应变变形实施风险监测预警，十分必要。
而针对长距离、大范围的大型基础设施的应变检测，点式传感器根本无法实现线性测量，测量数据的响应时间也无法满足安全预警必须的实时在线要求。分布式光传感技术可以实现分布式实时监测，但是，现有分布式光纤应变传感光缆又存在如下问题：
1、光缆中光纤的余长控制不满足应变监测要求。
2、现有的余长控制导致测量结果精度较差。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本申请旨在提出一种多量程光纤应变传感结构、光缆和传感器，以解决上述技术问题中的至少一个。
第一方面，本说明书一个或多个实施例提供了一种多量程光纤应变传感结构，包括：
在传感器使用的光纤中，设置多根光纤，各所述光纤的余长不同。
进一步地，所述光纤的余长取值范围对应于被测量目标的应变量。
进一步地，各所述光纤的余长等差分布。
进一步地，各所述光纤的余长具体为：1‰、1.5‰、2.0‰、2.5‰、3.0‰、3.5‰、4.0‰、4.5‰、5.0‰、5.5‰、6.0‰。
进一步地，各所述光纤的余长非等差分布。
进一步地，各所述光纤的余长具体为：1‰、2‰、3‰、5‰、8‰、10‰。
进一步地，各所述光纤的余长对应于被测量目标所处的环境。
第二方面，本说明书一个或多个实施例提供了一种光缆，包括：紧包光纤和松套光纤；
所述松套光纤中设置有第一方面中任一项所述的传感结构。
进一步地，所述紧包光纤的数量不小于1；
所述松套光纤的数量不小于2。
第三方面，本说明书一个或多个实施例提供了一种多量程光纤应变传感器，
所述多量程光纤应变传感器在被测量时所使用的光纤具有第一方面任一项所述的传感结构。
与现有技术相比，本申请至少能实现以下技术效果：
本申请通过设置多根光纤并设置不同光纤之间余长的差异，以满足被监测结构物的应变由小变大的过程监测需求，避免应变变化小而光纤余长大时测不到应变、应变变化超过光纤余长时光纤断裂而无法监测，以满足结构物应变变化范围较大时的连续应变监测。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种多量程光纤应变传感结构的结构示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例提供的一种光缆的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
现有技术中，根据国家标准要求，通信光缆生产中，光纤的余长通常是统一的。这一规定导致将光纤用作传感器时，存在以下问题：
1)实际应变小于光纤余长时测不到应变。
2)实际应变大于光纤余长时光纤会被拉断而无法测应变。
3)光纤余长满足初始微小的应变监测，但是随着应变由小变大会导致后期应变数据大于量程而导致光纤断裂，无法继续监测持续增大的应变。
4)传感臂和参考臂光纤的余长一致而导致被测量结果精度较差。
为了解决上述技术问题，本申请实施例了一种多量程光纤应变传感结构，如图1所示，在传感器使用的光纤中，设置多根光纤，各光纤的余长不同。如此，在进行被测量时，可以根据实际情况选择不同的光纤作为传感臂，其他光纤作为参照臂。其中，紧包光纤余长为0。
在本申请实施例中，光纤的余长取值范围对应于被测量目标的应变量。例如，对于新建的桥梁，其应变量不大，此时选择余长较小的光纤作为传感臂，例如余长为1‰的光纤。但对于年久失修的桥梁，其应变量较大，此时选择余长较大的光纤作为传感臂，例如余长为5‰的光纤。
在本申请实施例中，被测量目标所处的环境也会影响各光纤的余长。同样结构的建筑，夏天时，南方温度高，因此南方建筑对应的应变量较大。在该场景下，设置光纤余长时应该具有较大的范围。冬天时，北方温度低，因此北方建筑对应的应变量较小，在该场景下，设置光纤余长时应该具有较小的范围。
在本申请实施例中，为了提高连续被测量能力，可以将光纤的余长设置成等差分布，优选地，各光纤的余长具体为：1‰、1.5‰、2.0‰、2.5‰、3.0‰、3.5‰、4.0‰、4.5‰、5.0‰、5.5‰、6.0‰。利用上述光纤可以得到多种组合的传感臂和参考臂，即可以扩大可测应变的范围。例如，新桥的应变通常在1‰左右，老桥的应变通常在3.0‰左右。对于一座位置年龄的桥，如果被测量时只带着余长为1‰和3‰的光纤，那么可能会出现这座桥的应变测不出来的情形，而本申请设置有不同余长的光纤，因此可以进行多次被测量，直至测到桥的形变为止。
在本申请实施例中，为了提高被测量能力，可以将光纤的余长设置成非等差分布，优选地，各光纤的余长具体为：1‰、2‰、3‰、5‰、8‰、10‰。余长等差分布的光纤，通常适用于常规情况。对于因不可抗力而发生的形变，其形变量通常不属于常规情况，例如台风，交通事故等造成的建筑应变，其应变范围不能按照常规年久失修的方式去推断，此时光纤余长的设置需要加入一些不常用的尺寸例如8‰和10‰，以防止利用常规尺寸无法得到建筑的应变量。
本申请实施例提供了一种光缆，如图2所示，包括：紧包光纤和松套光纤。在传感系统中，需要采用一根余长很小的紧包光纤(传感臂，对应变和温度都敏感)和余长较大的松套光纤(参考臂，松套光纤只对温度敏感)，在设备的远端熔接成环路，以此克服温度变化对应变监测结果的影响。其中，松套光纤中设置前述实施例所述的传感结构。
其中，紧包光纤的数量不小于1，主要用于常规情况。由于紧包光纤灵敏度高，非常适合做传感臂，因此本申请在光缆中设置至少一根紧包光纤以应对常规情况。松套光纤的数量不小于2，由不同余长的光纤组成，用于应对非常规情况。由于大多数的应变的范围可以提前预测，因此松套光纤的数量不小于2，基本可以满足非正常情况。如果应变范围无法预知，可以增加松套光纤的数量或松套光纤中光纤的数量。
需要说明的是，在实际场景中，紧包光纤和松套光纤的数量由光缆的芯数确定，因此图2中仅说明光缆中含有紧包光纤和松套光纤，不能视为对紧包光纤和松套光纤的数量的限定。
本申请实施例提供了一种多量程光纤应变传感器，多量程光纤应变传感器在被测量时所使用的光纤具有上述实施例记载的传感结构。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
Claims (8)
1.一种多量程光纤应变传感结构，其特征在于，包括：
在传感器使用的光纤中，设置多根光纤，各所述光纤的余长不同；
各所述光纤的余长等差分布；各所述光纤的余长具体为：1‰、1.5‰、2.0‰、2.5‰、3.0‰、3.5‰、4.0‰、4.5‰、5.0‰、5.5‰、6.0‰。
2.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，
所述光纤的余长取值范围对应于被测量目标的应变量。
3.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，
各所述光纤的余长非等差分布。
4.根据权利要求3所述的传感结构，其特征在于，
各所述光纤的余长具体为：1‰、2‰、3‰、5‰、8‰、10‰。
5.根据权利要求1所述的传感结构，其特征在于，
各所述光纤的余长对应于被测量目标所处的环境。
6.一种光缆，其特征在于，包括：紧包光纤和松套光纤；
所述松套光纤中设置有权利要求1-5中任一项所述的传感结构。
7.根据权利要求6所述的传感结构，其特征在于，
所述紧包光纤的数量不小于1；
所述松套光纤的数量不小于2。
8.一种多量程光纤应变传感器，其特征在于，
所述多量程光纤应变传感器在被测量时所使用的光纤具有权利要求1-5任一项所述的传感结构。
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