本發(fā)明涉及光纖流速傳感器、光纖流速檢測裝置及傳感器用光纖。

背景技術：
大多數(shù)傳統(tǒng)的傳感器主要是基于電磁技術的傳感器，這類傳感器不能應用于強電磁干擾環(huán)境及易燃易爆氣體的檢測?，F(xiàn)代光纖最重要的優(yōu)點之一就是它的易彎曲性和防磁防爆性能，當光纖的彎曲狀態(tài)發(fā)生變化時，會引起光纖中的模式耦合，其中有些導波模變成了輻射模，從而引起彎曲損耗，曲率半徑越小，彎曲損耗就越大，從而利用光纖的彎曲損耗原理制成光強調(diào)制型光纖傳感器，克服傳統(tǒng)傳感器的不足。近年來，出現(xiàn)了基于光纖傳感技術的流速檢測傳感器，即光纖流速傳感器，例如申請?zhí)枮?01010530074.8、授權公告號為CN101995485B的中國專利公開的一種靶式光纖光柵流速計，包括懸臂梁、設置在懸臂梁的懸伸端的金屬靶體和粘貼固定在懸臂梁上的光纖光柵，金屬靶體迎向流體設置。其中懸臂梁為等強度梁，其能夠在金屬靶體受到流體沖擊時受力而產(chǎn)生彎曲形變，進而帶動懸臂梁上的光纖光柵發(fā)生變化，使光纖光柵在拉壓力的作用下中心波長發(fā)生漂移，然后使用波長解調(diào)儀檢測光纖光柵的中心波長，并有軟件采集存儲數(shù)據(jù)，得到與流速變化成對應關系的波長的變化量，最終實現(xiàn)對流速的檢測。但是，現(xiàn)有的流速傳感器由于采用了光纖光柵，涉及到對波長的處理，系統(tǒng)復雜，成本較高，在實際應用中受到了較大的限制。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)簡單、成本低的光纖流速傳感器，同時，本發(fā)明還提供了一種使用該光纖流速傳感器的光纖流速檢測裝置及一種傳感器光纖。本發(fā)明中光纖流速傳感器采用的技術方案是：光纖流速傳感器，包括具有可彎曲段的光纖，所述光纖用于傳輸光波的纖芯上于光纖的所述可彎曲段設有用于使部分光波泄漏出的光泄漏口，在可彎曲段彎曲時曲率半徑相同的位置，所述光泄漏口的朝向與曲率半徑的方向相同或相反，所述光纖流速傳感器還包括用于在相應流速的流體的沖擊下使所述可彎曲段的曲率發(fā)生對應改變的光纖形變裝置。所述光纖形變裝置包括懸臂梁和用于在流體作用下對懸臂梁施加彎曲作用力的杠桿機構，所述杠桿機構包括杠桿和杠桿轉(zhuǎn)軸，杠桿的一端與懸臂梁的懸臂端傳動連接，另一端設有用于迎向流體流動方向的靶體，所述光纖貼緊固定在懸臂梁上而隨懸臂梁的形變發(fā)生變形。所述杠桿為省力杠桿，其與所述懸臂梁傳動連接的一端到杠桿轉(zhuǎn)軸的距離小于其設有靶體的一端到杠桿轉(zhuǎn)軸的距離。所述光泄漏口是平底槽形缺口。本發(fā)明中傳感器用光纖采用的技術方案是：傳感器用光纖，所述光纖具有可彎曲段，所述光纖用于傳輸光波的纖芯上于所述可彎曲段處設有用于使部分光波泄漏出的光泄漏口，在可彎曲段彎曲時曲率半徑相同的位置，所述光泄漏口的朝向與曲率半徑的方向相同或相反，所述光泄漏口是沿光纖的軸向延伸的槽形缺口。所述槽形缺口為平底槽形缺口。本發(fā)明中光纖流速檢測裝置采用的技術方案是：光纖流速檢測裝置，包括光纖流速傳感器和與光纖流速傳感器連接的信號處理系統(tǒng)，所述光纖流速傳感器包括具有可彎曲段的光纖，所述光纖用于傳輸光波的纖芯上于光纖的所述可彎曲段設有用于使部分光波泄漏出的光泄漏口，在可彎曲段彎曲時曲率半徑相同的位置，所述光泄漏口的朝向與曲率半徑的方向相同或相反，所述光纖流速傳感器還包括用于在相應流速的流體的沖擊下使所述可彎曲段的曲率發(fā)生對應改變的光纖形變裝置。所述光纖形變裝置包括懸臂梁和用于在流體作用下對懸臂梁施加彎曲作用力的杠桿機構，所述杠桿機構包括杠桿和杠桿轉(zhuǎn)軸，杠桿的一端與懸臂梁的懸臂端傳動連接，另一端設有用于迎向流體流動方向的靶體，所述光纖貼緊固定在懸臂梁上而隨懸臂梁的形變發(fā)生變形。所述杠桿為省力杠桿，其與所述懸臂梁傳動連接的一端到杠桿轉(zhuǎn)軸的距離小于其設有靶體的一端到杠桿轉(zhuǎn)軸的距離。所述光泄漏口是平底槽形缺口。本發(fā)明采用上述技術方案，光纖流速傳感器包括光纖和光纖形變裝置，光纖形變裝置能夠在流體的沖擊力下使所述可彎曲段的曲率發(fā)生改變，并且所述光纖用于傳輸光波的纖芯上于光纖的所述可彎曲段設有用于使部分光波泄漏出的光泄漏口，在可彎曲段彎曲時曲率半徑相同的位置，所述光泄漏口的朝向與曲率半徑的方向相同或相反，因此，流體流速發(fā)生變化時，光纖的可彎曲段會在光纖形變裝置的作用下發(fā)生形變，而光泄漏口能夠使光纖的光強在光纖的彎曲情況變化時發(fā)生明顯變化，實現(xiàn)系統(tǒng)檢測靈敏度的提升，與現(xiàn)有技術中采用光纖光柵相比，不僅能夠降低光纖成本，還能降低配套的波長處理設備的成本，便于制造、調(diào)試和維護，系統(tǒng)簡單，成本低。附圖說明圖1是本發(fā)明中光纖流速檢測裝置的一個實施例的結構示意圖，同時也是本發(fā)明中光纖流速傳感器的一個實施例的結構示意圖；圖2是圖1中光纖上光泄漏口的結構示意圖，同時也是本發(fā)明中傳感器光纖的一個實施例的結構示意圖。圖中各附圖標記對應的名稱為：1—光發(fā)射器驅(qū)動電路，2—光發(fā)射器，3—光纖，31—光泄漏口，4—固定箱體，5—軸承，6—靶體，7—杠桿，8—轉(zhuǎn)軸，9—傳力片，10—懸臂梁，11—光接收器，12—信號處理系統(tǒng)。具體實施方式本發(fā)明中光纖流速檢測裝置的一個實施例如圖1~圖2所示，包括光發(fā)射器驅(qū)動電路1、光發(fā)射器2、光纖流速傳感器、光接收器11和信號處理系統(tǒng)12。光纖流速傳感器包括光纖3和光纖形變裝置，光纖形變裝置包括固定箱體4、轉(zhuǎn)動裝配在固定箱體4上的杠桿7和懸伸固定在固定箱體4上的懸臂梁10。杠桿7固定在杠桿轉(zhuǎn)軸8上，杠桿轉(zhuǎn)軸8通過軸承5轉(zhuǎn)動裝配在固定箱體4上；杠桿7的一端伸出固定箱體4并固定有圓片狀的靶體6，另一端通過傳力片9與懸臂梁10的懸伸端剛性連接。杠桿7和杠桿轉(zhuǎn)軸8構成用于在流體作用下對懸臂梁10施加彎曲作用力的杠桿機構。為了提高測量結果的準確性，杠桿7為省力杠桿，其與懸臂梁傳動連接的一端到杠桿轉(zhuǎn)軸8的距離小于其設有靶體6的一端到杠桿轉(zhuǎn)軸8的距離，能夠?qū)⒘黧w作用于靶體6上的沖擊力進行放大后作用于懸臂梁10；并且，在靶體6不受流體沖擊力的作用時，杠桿7的延伸方向與懸臂梁10一致。光纖3的輸入端與光發(fā)射器2連接，光發(fā)射器2與光發(fā)射器驅(qū)動電路1連接，光發(fā)射器2在光發(fā)射器驅(qū)動電路1的驅(qū)動下向光纖3發(fā)射恒定的光強信號。光纖3的輸出端與光接收器11連接，光接收器11能夠?qū)⒐饫w3中的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；光接收器11與信號處理系統(tǒng)12連接，該信號處理系統(tǒng)12可對光接收器11輸出的電信號進行運放、濾波等處理。上述光發(fā)射器驅(qū)動電路1、光發(fā)射器2、光接收器11和信號處理系統(tǒng)12均是本領域的慣用技術，是本領域技術人員不需付出創(chuàng)造性勞動即可實現(xiàn)的，其具體結構此處不再詳細說明。光纖3的結構如圖2所示，具有用于與懸臂梁10的根部對應的可彎曲段，可彎曲段的包層和部分纖芯被破壞掉，加工出一段平底槽形缺口，形成用于使部分光波泄漏出的光泄漏口31。光纖3依靠柔性膠貼緊固定在懸臂梁10的根部，其上的光泄漏口31朝向懸臂梁10與長度方向垂直的外側，并對應懸臂梁10的根部A處，從而隨懸臂梁10的形變發(fā)生變形。懸臂梁10在彎曲時，根部A處的彎曲變形最大，光泄漏口31對應該處設置能夠保證最大的檢測靈敏度。通過在光纖3上設置上述光泄漏口31能夠增加光纖3彎曲時的光泄漏，從而提高系統(tǒng)檢測的靈敏度。為保證光纖3的正常工作和檢測靈敏度，光泄漏口31沿光纖3軸向的長度為1mm。下面以測量液體流速為例說明上述光纖流速檢測裝置的工作過程：當液體作用于靶體6時，液體在靶體6上產(chǎn)生一個沖擊力，該沖擊力與流速成正比。沖擊力通過杠桿7產(chǎn)生力矩，從而使杠桿轉(zhuǎn)軸8產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，進而使杠桿7靠近懸臂梁10的短力矩端產(chǎn)生位移。這樣，通過杠桿7對靶體6上的力進行放大后將該力傳給傳力片9，傳力片9帶動懸臂梁10產(chǎn)生彎曲變形，從而使粘貼在懸臂梁10上的光纖3產(chǎn)生彎曲變形，使光纖3的輸出光強發(fā)生變化，進而通過光接收器11將光纖3輸出的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，并通過信號處理系統(tǒng)12對該電信號進行運放、濾波等處理，從而達到測量流速的目的。在上述工作過程中，液體的流速與作用于靶體6的力成正比，通過杠桿7對力的放大后，將該力傳遞給懸臂梁10，因此，懸臂梁10的彎曲變形與液體的流速成正比。通過檢測光纖的輸出光強就可以檢測懸臂梁10的彎曲變形曲率，進而測量出液體的流速。上述采用光纖流速傳感器的光纖流速檢測裝置可以實現(xiàn)現(xiàn)場無電子元件，能夠在強電磁干擾及易燃易爆環(huán)境下進行流速檢測，例如對易燃易爆液體進行流速檢測，并且系統(tǒng)簡單、價格低廉，可實現(xiàn)檢測信號的遠距離傳輸。當然，上述光纖流速檢測裝置也可以用于其他流體的測量。本發(fā)明中光纖流速傳感器的一個實施例即上述光纖流速檢測裝置的實施例中的光纖流速傳感器，本發(fā)明中傳感器用光纖的一個實施例即上述實施例中的光纖3，具體結構此處不再贅述。在上述實施例中，光纖形變裝置采用的是懸臂梁10和杠桿機構，而光纖3上的光泄漏口31為平底槽形缺口且朝向背離懸臂梁10的一側設置。在本發(fā)明的其他實施例中，光纖形變裝置也可以替換成其他形式，只要能夠在相應流速流體的沖擊下使光纖可彎曲段的曲率發(fā)生對應改變，均能夠?qū)崿F(xiàn)對流速的檢測，例如采用背景技術引用的對比文件中公開的直接在懸臂梁的懸伸端設置靶體的形式。另外，在其他實施例中，光纖3上的光泄漏口31也可以替換成其他形式，例如波浪形缺口、矩形缺口、槽底為弧形的缺口等。再者，在其他實施例中，光泄漏口31的數(shù)量也不限于一個，光泄漏口31的朝向也可以是其他方向，例如與上述實施例中光泄漏口31的朝向相反的方向，即朝向懸臂梁8的方向，需要注意的是，當光泄漏口位于彎曲光纖的凸側時，即背離彎曲中心時，光的泄漏會比平直狀態(tài)下的泄漏要大，而且隨著彎曲曲率的增大(曲率半徑減小)，光泄漏也會越大；而光泄漏口位于彎曲光纖的凹側時，即朝向彎曲中心時，光泄漏會比平直狀態(tài)下的泄漏要小，且隨著彎曲曲率的增大(曲率半徑減小)，光泄漏會隨之減??；因此，若設置兩個以上的光泄漏口，在可彎曲段彎曲時曲率半徑相同的位置，光泄漏口的朝向只能沿曲率半徑的方向或與曲率半徑的方向相反，即在可彎曲段彎曲時曲率半徑相同的位置，各光泄漏口的朝向不能設置成相反的方向，也不可以在某處的徑向兩側設置對稱的光泄漏口，以避免一側光泄漏口的光泄漏增大時另一側的光泄漏減小，導致光強無法出現(xiàn)明顯變化；而對于彎曲曲率不同的可彎曲段，各光泄漏口的朝向可以相反。