专利名称：光纤微弯位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试技术领域的传感器，具体是一种光纤微弯位移传感器。
背景技术：
国内外有各式各样的位移计和光纤传感器，光纤微弯传感位移计是利用微小位移引起光纤本身产生弯曲变化导致光在光纤中传输的功率发生变化来测量位移量的大小。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利号为96116927.3，名称为“光纤微弯传感器”，该专利采用弧形刚性弹性片将x方向的应变转换为y方向的位移，利用光纤的微弯损耗原理，将此位移量通过光纤弯曲程度的变化所引起的光纤中传输光的损耗变化来反映，实现了对应变检测。它不仅可作拉伸及压缩应变传感器，也可以作温度传感器使用。并可利用光时域反射技术等形成多点分布测试。但是现有的微弯变形装置是两边齿形结构，在实现微弯作用时对光纤有弯曲和剪切力的共同作用，其中剪切力会严重降低光纤的寿命；而且微弯变形装置直接与光纤和被测信号连接，很难兼顾传感器的动态性能与静态性能。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种光纤微弯位移传感器，使其光纤在微弯变形时仅有弯曲变形；同时采用整体变形装置和光纤变形装置分立的结构，设计整体变形装置来保证对动态性能的测试要求，而静态性能可以通过设计光纤变形装置来满足；另外，采用差动方式(一个测量光纤环和一个参考光纤环)提高了测试信号的信嘈比。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括光源、光纤耦合器、Y型光纤、整体变形装置、光纤微弯变形装置、两个光纤环、两个预紧螺栓、光功率计。连接关系是光源发出的光通过光纤耦合器进入Y型光纤的输入端，Y型光纤的两个输出端的光纤做成两个大小相等、圈数相同的光纤环，其中一个光纤环设置在光纤微弯变形装置内，并一起通过两个预紧螺栓安装在整体变形装置中，另一个光纤环自由放置。两个光纤环都接入同一个光功率计。
本发明工作时，由光源发出的光传输到光纤耦合器，经Y型光纤、光纤环，把光传输到光功率计。其中一个光纤环安装在光纤微弯变形装置中(通过两个预紧螺栓来调节光纤环的初始位置和松紧程度)，另一个处在相同的环境中，但不参与变形，它们的光同时输出到光功率计，对两个光纤中的功率进行相减、显示相减结果，若不为零，再调零；在整体变形装置上输入一系列标准位移量，测试对应的光功率差值，以该差值作为横坐标，标准位移量作为纵坐标，绘制标定曲线；当整体变形装置有向上位移Δy时，带动光纤微弯变形装置中的四根钢丝向内收紧，安装在光纤微弯变形装置中的光纤环就会产生微弯变形而导致功率的损失，另一个光纤环的光纤没有变化。此时通过光功率计两个光纤环中光功率的差值，对照标定曲线就可以测试位移量Δy的大小。
本发明采用整体变形装置与光纤微弯变形装置分离，可以根据需要设计整体变形装置的刚度、强度等，以适应不同频率、振幅信号的测试要求，提高了传感器的动态性能。同时，采用两个光纤环的结构形式，其中增加自由放置的光纤环作为参考环；光纤在变形时主要承受弯曲，剪切变形很小，延长了光纤传感器的使用寿命。采用差动方式，时刻比较变形光纤和未变形光纤中所传输光功率的差异，提高了传感器的灵敏度和测试的信号的信噪比。
图1为本发明结构示意2为本发明光纤环的微弯变形示意图其中，图2a是光纤环的弯曲变形形式，图2b是光纤环展开成直光纤对应的变形形式。
具体实施例方式
如图1、2所示，本发明包括光源1、光纤耦合器2、Y型光纤3、整体变形装置4、光纤微弯变形装置5、两个光纤环6和9、两个预紧螺栓7和光功率计8。连接关系是光源1发出的光通过光纤耦合器2进入Y型光纤3的输入端，Y型光纤3的两个输出端的光纤做成两个大小相等、圈数相同的光纤环6、9，其中一个光纤环6安装在光纤微弯变形装置5内，通过两个预紧螺栓7把光纤微弯变形装置5和光纤环6一起安装在整体变形装置4中，另一个光纤环9自由放置，两个光纤环6、9都接入同一个光功率计8。
所述的光源1，采用氦氖激光器，功率5mW，波长633nm。
所述的光纤耦合器2，将光源发出的光传输到Y型光纤3中。
所述的Y型光纤3，是50/125多模光纤，具有一个输入端和两个输出端。输入端与光纤耦合器2相连，输入端的数字孔径NA＝0.22，两个输出端光纤做成两个光纤环3，最终均连接在光功率计8上。将光分为等强度的两束传出。
所述的整体变形装置4，是一个悬臂梁，它的结构是根据所需测试信号的频率、振幅等确定。它接受外界的力或位移，并把它转换成相应的位移信号传送给光纤微弯变形装置5。
所述的光纤微弯变形装置5，由4根直径为0.5mm的钢丝构成，与整体变形装置4连接在一起，并随之移动。
所述的光纤环6、9，由Y型光纤3的两个输出臂光纤分别制成，直径均为21mm，圈数均为3.5。其中一个置于光纤微弯变形装置5中，另一个不参与变形。
所述的两个预紧螺栓7，调节光纤环6在光纤微弯变形装置5中的初始位置。
所述的光功率计8，它能够对两个光纤环6、9中的光功率进行相减，并显示结果，分辨率0.1nW。
权利要求
1.一种光纤微弯位移传感器，包括光源(1)、光纤耦合器(2)、Y型光纤(3)、两个光纤环(6、9)、预紧螺栓(7)和光功率计(8)，其特征在于，还包括整体变形装置(4)、光纤微弯变形装置(5)，以光纤环(9)作为参考环，光源(1)发出的光通过光纤耦合器(2)进入Y型光纤(3)的输入端，Y型光纤(3)的两个输出端的光纤做成两个大小相等、圈数相同的光纤环(6、9)，其中一个光纤环(6)设置在光纤微弯变形装置(5)内，通过预紧螺栓(7)把光纤微弯变形装置(5)和光纤环(6)一起设在整体变形装置(4)中，另一个光纤环(9)自由放置，两个光纤环(6、9)都接入同一个光功率计(8)。
2.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的光源(1)，采用氦氖激光器，功率5mW，波长633nm。
3.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的Y型光纤(3)，是50/125多模光纤，具有一个输入端和两个输出端，输入端的数字孔径NA＝0.22，将光分为等强度的两束传出。
4.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的整体变形装置(4)，是一个悬臂梁，它接受外界的力或位移，并把它转换成相应的位移信号传送给光纤微弯变形装置(5)。
5.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的光纤微弯变形装置(5)，由4根直径为0.5mm的钢丝构成，与整体变形装置(4)连接在一起，并随之移动。
6.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的光纤环(6、9)，是由Y型光纤(3)的两个输出臂光纤分别制成直径均为21mm、圈数均为3.5的光纤环，其中一个置于光纤微弯变形装置(5)中，另一个作为参考环。
7.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的两个预紧螺栓(7)，调节光纤环(6)在光纤微弯变形装置(5)中的初始位置。
8.根据权利要求1所述的光纤微弯位移传感器，其特征是，所述的光功率计(8)，对两个光纤环(6、9)中的光功率进行相减，并显示结果，分辨率0.1nW。
全文摘要
一种测试技术领域的光纤微弯位移传感器。本发明包括光源、光纤耦合器、Y型光纤、整体变形装置、光纤微弯变形装置、两个光纤环、两个预紧螺栓、光功率计。光源发出的光通过光纤耦合器进入Y型光纤的输入端，Y型光纤的两个输出端的光纤做成两个光纤环，一个光纤环设置在光纤微弯变形装置内，并通过两个预紧螺栓一起设在整体变形装置中，另一个光纤环自由放置，两个光纤环都接入同一个光功率计。本发明采用整体变形装置与光纤微弯变形装置分离，可以根据需要设计整体变形装置的刚度、强度等，以适应不同频率、振幅信号的测试要求，提高了传感器的动态性能。同时，延长了光纤传感器的使用寿命，提高了传感器的灵敏度和测试的信号的信噪比。
文档编号G01B11/02GK1743812SQ200510030118
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者陈巨兵, 余征跃, 汪恒挥, 俞忠 申请人:上海交通大学