專利名稱：微彎式強度調(diào)制型光纖傳感器的制作方法
微彎式強度調(diào)制型光纖傳感器所屬技術領域
本發(fā)明是一種用來測量路橋、機械長臂等物體受載變形狀況的光纖傳感器。
技術背景
當今社會已進入了以光電技術與傳感技術為主要特征的信息時代，光纖傳感技術代表新一代傳感器的發(fā)展趨勢，它以技術含量高、經(jīng)濟效益好、滲透能力強、市場前景廣等特點為世人矚目。
與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器具有不受電磁場干擾，傳輸信號安全，可實現(xiàn)非接觸測量，高靈敏度，高精度，適于各種惡劣環(huán)境下使用以及非破壞性和使用方便等優(yōu)點。
當今，我國的公路交通迅猛發(fā)展，路橋的數(shù)量不斷增加，這使得路橋的狀態(tài)監(jiān)測和維護越來越成為一項繁重復雜的工作。以往我們測量路橋受載情況，采用的是傳統(tǒng)的應力傳感器，如專利號為02289947. 2的高精度鋼弦式壓力傳感器，該類傳感器往往精度不夠高，對工作環(huán)境要求較高，因而適用范圍小。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為微彎式光強度調(diào)制傳感器，即根據(jù)光纖在機械強力作用下光傳輸時的能量損耗規(guī)律，外界待測信號按照一定的方式使光纖產(chǎn)生微彎，從而對光強進行調(diào)制，再通過測量輸出光強的變化(解調(diào))實現(xiàn)對外界信號的測量。
微彎式強度調(diào)制型光纖傳感器實現(xiàn)的技術難點在于
1.在光纖產(chǎn)生微彎時所產(chǎn)生的微彎損耗隨光纖彎曲半徑減小而增大，為了提高測量靈敏度，應盡量減小光纖彎曲半徑且使光纖產(chǎn)生連續(xù)彎曲。因此光纖在微彎器中需要一定的長度，即微彎器中齒數(shù)應保持一定的數(shù)量，這無疑會加大傳感器的體積；
2.根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得知，傳感器裝配時光纖在微彎器中應有一定的預彎量。由于微彎器的齒數(shù)較多，光纖在預彎與工作時微彎器的齒間距越來越小，致使微彎器中的光纖長度需要量增大，而光纖在擠壓作用下與微彎器的齒面會產(chǎn)生非常大的摩擦阻力，動彈不得。 同時微彎器中的光纖也會產(chǎn)生非常大的軸向拉應力，在光纖長度得不到補償時極易斷裂；
3.傳感器的整體裝配性也是微彎式強度調(diào)制型光纖傳感器實現(xiàn)的技術難點之一。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
1.微彎器采用了雙排擠壓齒同時參與工作，既能滿足微彎器應具有一定工作齒數(shù)的要求，又不致于因微彎器尺寸過大造成整個傳感器體積龐大。
2.微彎器采用了不等高齒頂設計，中間齒頂高而兩邊齒頂逐漸降低，在微彎器的中間齒間距變小時兩邊有較大的齒間距使光纖長度得到補償。
3.光纖長度補償時，一端采用了補償彈簧裝置，保證此端有足夠的光纖補償長度， 另一端是傳感器的光纖出線端，已儲備了較大的自然長度。
4.本發(fā)明充分考慮了傳感器的整體裝配性。整體裝配前，先將補償彈簧與定位片固定在微彎器下片上，再將光纖穿繞補償彈簧與定位片，同時橫跨定位片兩邊的齒面后直至微彎器下片一側的出線口，即完成傳感器核心部分的裝配，此過程可視性好。然后將此部分裝入套筒內(nèi)，再裝上微彎器上片即完成了傳感器整體的裝配。
5.此傳感器是一端出線(兩個線頭)，便于包裝、攜帶、安裝與操作。
本發(fā)明的有益效果是所提供的微彎式光纖傳感器結構簡單、體積小、重量輕、抗干擾能力強、測量精度較高、穩(wěn)定性較好，價格低廉，適于測量載重車輛)對路橋的沖擊引起的路橋形變以及工業(yè)生產(chǎn)過程中設備構件的應力變化。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1 微彎式強度調(diào)制型光纖傳感器裝配圖
圖2 微彎器下片三視圖
圖3 定位片主視圖
圖4:補償彈簧主視圖
其中
1——彈性套筒 2——微彎器上片 3——去護套光纖
4——微彎器下片 5——帶護套光纖 6——定位片 7——補償彈簧具體實施方式
本傳感器由三部分組成彈性元件、微彎器及光纖長度補償裝置。
彈性元件可分為彈性支撐元件和彈性敏感元件，彈性支撐元件只起傳力受力作用，其形變量不記入有效形變中，而彈性敏感元件不但起到傳力受力作用，而且它們的形變是有效形變。本設計中采用了后者，由套筒1作為彈性敏感元件，它不但起到傳力受力作用，而且它的形變是有效形變。
微彎器由微彎器上片2與微彎器下片4構成。為了保證微彎器既能滿足一定工作齒數(shù)的要求，又不致尺寸過大，所以采用了雙排擠壓齒同時參與工作。為了避免光纖被擠壓時發(fā)生拉斷并能有效地得到長度補償，采用了不等高齒頂設計，中間齒頂高而兩邊齒頂逐漸降低，在微彎器的中間齒間距變小時兩邊有較大的齒間距使光纖長度得到補償。
定位片6有兩個作用，主要作用是定位，一是傳感器整體裝配時能使微彎器上片2 與微彎器下片4準確對位，二是在安裝光纖時防止光纖的相互纏繞，起到分隔兩邊光纖的作用，即光纖的定位。定位片6的輔助作用是利用定位片6的下端卡住補償彈簧7的固定端。
補償彈簧7有兩個，均為扭簧，分別安裝在微彎器下片4的左右兩個壁孔中，固定端由定位片6的下端卡住，作用端呈鉤形，勾住環(huán)形光纖環(huán)形的封閉部分。
一般情況下光纖是帶外層護套一起工作的，為了保證傳感器的靈敏度，用于微彎式傳感器時被擠壓部分的光纖時需要去掉外層護套，所以裝在傳感器密封腔內(nèi)的光纖部分是裸光纖。
該光纖傳感器的工作過程如下
如圖1所示，微彎式光纖傳感器裝配并標定好后，如果測量對象是橋梁某段，先將傳感器平行于公路橋面埋入路面之下(或其它待測物體中)，傳感器中心線與公路伸展方向一致。檢測前將傳感器的任一端(帶光纖連接器)連接到光功率計的激光發(fā)射口，另一端(帶光纖連接器)連接到光功率計的激光入射口，啟動光功率計并調(diào)整至測試狀態(tài)，記錄下原始值(或標定值)。
當載重車輛在該路面上行駛時，路面會產(chǎn)生相應的形變，這樣就會使傳感器處于受壓(或受拉)狀態(tài)，因而彈性敏感元件(套筒1)就會被縱向壓縮(或拉伸)，從而導致傳感器中微彎器的齒間距發(fā)生變化，是光纖產(chǎn)生微彎，最終反映的是光功率計上的光強數(shù)字發(fā)生變化，最后將讀出值與記錄的原始值(或標定值)進行比較和換算就可以測得路橋受載的形變大小。
權利要求
1.一種微彎式強度調(diào)制光纖傳感器，在套筒(敏感彈性元件)中通過定位片安裝微彎器的上下片、光纖以及光纖長度的補償裝置。其特征是微彎器采用了不等高齒頂與雙排擠壓齒設計，補償彈簧實現(xiàn)光纖長度的補償，并用定位片完成整體裝配，此傳感器是一端出線。
2.根據(jù)權利要求1所屬的微彎式強度調(diào)制光纖傳感器，其特征是微彎器采用了雙排擠壓齒同時參與工作，既能滿足微彎器應具有一定工作齒數(shù)的要求，又不致于因微彎器尺寸過大造成整個傳感器體積龐大。
3.根據(jù)權利要求1所屬的微彎式強度調(diào)制光纖傳感器，其特征是微彎器采用了不等高齒頂設計，中間齒頂高而兩邊齒頂逐漸降低，在微彎器的中間齒間距變小時兩邊有較大的齒間距使光纖長度得到補償。
4.根據(jù)權利要求1所屬的微彎式強度調(diào)制光纖傳感器，其特征是光纖長度補償時一端采用了補償彈簧裝置，保證此端有足夠的光纖補償長度，另一端是傳感器的光纖出線端，已儲備了較大的自然長度。
5.根據(jù)權利要求1所屬的微彎式強度調(diào)制光纖傳感器，其特征是此發(fā)明充分考慮了傳感器的整體裝配性。整體裝配前，先將補償彈簧與定位片固定在微彎器下片上，再將光纖穿繞補償彈簧與定位片，同時橫跨定位片兩邊的齒面后直至微彎器下片一側的出線口，即完成傳感器核心部分的裝配，此過程可視性好。然后將此部分裝入套筒內(nèi)，再裝上微彎器上片即完成了傳感器整體的裝配。
6.根據(jù)權利要求1所屬的微彎式強度調(diào)制光纖傳感器，其特征是此傳感器是一端出線 (兩個線頭)，便于包裝、攜帶、安裝與操作。
全文摘要
本發(fā)明是一種用來測量路橋、機械長臂等物體受載變形狀況，采用微彎式光強度調(diào)制原理的光纖傳感器。本傳感器中的核心部分是一個微彎器，微彎器采用了不等高齒頂與雙排擠壓齒設計，前項避免了傳感器裝配與工作時因纖芯拉伸而引起的斷裂，后項在不增大體積的情況下保證了有效齒的數(shù)量，從而保證了傳感器的靈敏度。光纖長度的補償是由補償彈簧裝置實現(xiàn)，而整體裝配則是由定位片來保證。該傳感器結構簡單、體積小、重量輕、抗干擾能力強、測量靈敏度較高、穩(wěn)定性較好，且價格低廉。
文檔編號G01B11/16GK102519381SQ201110426940
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權日2011年12月19日
發(fā)明者盧瑞文, 閔達 申請人:廣州南洋理工職業(yè)學院