专利名称：具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤应力传感装置，尤其是涉及一种具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置。
背景技术：
波纹管的用途非常广泛，波纹管是纵向可以形变，侧向基本不形变的弹性元件，在传感方面，可用于各类测量、调节、控制以及传感仪器的敏感元件、补偿元件、连接件和密封件等；作为膨胀节的柔性段，可用于补偿管路因温差造成的轴向、横向和角位移，也可以在管路中用于补偿位置偏差和吸收管道的振动等。可以看出，波纹管作为传感装置中的关键元件，可以适应多种实际环境中。在现有的报道中波纹管常用于制作压力传感器，由于其主要通过霍尔效应来实现待测量的感测，所以其缺点主要是容易受电磁干扰、不易远距离传输数据，精度低，性能差。 而光纤类传感装置相对传统传感器有诸多优点，如《光学学报》2004,24( 第187-189页， 刊载了文章《高灵敏度的光纤光栅压强传感器》，其介绍了一种用金属波纹管封装光纤光栅的压力传感的结构，该传感器具有精度高、易于远程获取数据、抗电磁干扰等多个优点。然而，光纤光栅类型传感器的也存在以下缺点1)动态范围小，光纤光栅一般是经紫外线曝光的裸光纤制成，其强度值较低，变形能力小，导致动态范围小；另外，需良好的封装才能使用，而封装成本较高；幻测试设备成本高，需要价格较高的光波长解调设备配套使用，而光波长解调设备成本高昂，限制了该传感器的广泛使用。而光纤微弯传感器是一种光强度调制的传感器，具有成本低、灵敏度高且对环境有一定的抗干扰能力的特点，其实现方案是基于光纤的弯曲或微弯损耗来实现的，通过改变光纤的弯曲程度，从而导致输出光功率的变化。光功率损耗的原理是当光纤受到弯曲扰动的时候，将会产生弯曲损耗，主要是微弯损耗和宏弯损耗。两者弯曲损耗均是由于光纤弯曲时导致纤芯中的部分导模耦合至包层引起的，两者损耗可以根据Marcuse的理论公式计算弯曲损耗大小，其公式如下Pout = Pin exp (- γ S)其中，Pott为输出光功率，Pin为输入光功率，Y是弯曲损耗系数，S为弯曲弧长。可以看出光纤的弯曲损耗系数Y越大，即光纤弯曲半径越小，则损耗越大，但弯曲半径过小会导致光纤寿命大幅度减少，影响传感器的使用寿命，所以实际应用中光纤的弯曲半径是受限制的；另一方面，在相同的弯曲损耗系数Y下，若增加弯曲弧长S，则可增大衰减，可以通过大幅度增加弯曲弧长S，达到大幅度提高光纤传感器的动态范围和精度的目的。中国专利87107210提供的方案是以光纤的微弯损耗为主的来实现微弯光纤应力计，但由于其是通过两块平板来实现的，平板的尺寸不可能太大，使可以弯曲的光纤长度受到限制，妨碍了该类光纤传感器的动态范围和精度的提高。另外两块板相对运动的可调节距离最大只有数百微米，且运动时两块板须保持基本的平行，所以此类传感器对调节的机械结构有较高的要求，不仅增加了实施成本，同样也限制了该类光纤传感器的动态范围和
3精度的提高，同时由于弯曲应力的存在对光纤的寿命有较大影响，如何防止让光纤承受过大的弯曲应力也是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其结构简单、设计合理且加工制作方便，能有效实现较大范围作用力的实时、准确、可靠且快速测试，同时保证了信号光纤的使用寿命，进而提高了整个装置的使用性能。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，包括波纹管，其特征在于所述波纹管的管壁内侧下凹处对称设置有变形齿一和变形齿二，所述变形齿一位于内管壁的一侧，所述变形齿二位于内管壁的另一侧，所述变形齿一和变形齿二呈均勻间隔布设，所述变形齿一与变形齿二之间设置有信号光纤， 所述信号光纤与用于测试其弯曲损耗变化的测试单元相接，所述测试单元还与用于处理测试单元测试数据的处理单元相接，所述测试单元和处理单元均位于波纹管外；所述管壁内侧下凹处两侧之间设置有限位板，所述限位板一端固定于管壁内侧下凹处两侧中的一侧， 所述限位板另一端与管壁内侧下凹处两侧中的另一侧之间有预设距离。上述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述限位板上设置有用于信号光纤穿过的通道。上述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述信号光纤通过延长光纤与测试单元相接。上述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述限位板为V 形限位板。上述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述延长光纤和信号光纤的外部均包覆有防水材料。上述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述防水材料为防水油膏。本发明与现有技术相比具有以下优点1、结构简单、设计合理、形式多样且加工制作方便，该传感装置的信号光纤与用于测试信号光纤弯曲损耗变化的测试单元相接，测试单元还与用于处理测试单元测试数据的处理单元相接，管壁内侧下凹处两侧之间设置有限位板。2、使用操作简便，通过波纹管与测试单元和处理单元的配合使用，实现了对较大范围作用力进行实时、准确、可靠且快速测试。3、通过设置的限位板，防止了因波纹管弯曲过度对信号光纤造成的损坏，进而保证了信号光纤的使用寿命，进而提高了整个装置的使用性能。下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
图1为本发明的整体结构示意图。图2为图1的A处放大结构示意图一。
图3为图1的A处放大结构示意图二。附图标记说明1-延长光纤； 2-管壁；3-变形齿一；4-变形齿二； 5-测试单元；6-信号光纤；7-处理单元； 8-波纹管； 9-限位板。
具体实施例方式如图1和2所示的一种具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，包括波纹管8， 所述波纹管8的管壁2内侧下凹处对称设置有变形齿一 3和变形齿二 4，所述变形齿一 3位于内管壁2的一侧，所述变形齿二 4位于内管壁2的另一侧，所述变形齿一 3和变形齿二 4 呈均勻间隔布设，所述变形齿一 3与变形齿二 4之间设置有信号光纤6，所述信号光纤6与用于测试其弯曲损耗变化的测试单元5相接，所述测试单元5还与用于处理测试单元5测试数据的处理单元7相接，所述测试单元5和处理单元7均位于波纹管8外；所述管壁2内侧下凹处两侧之间设置有限位板9，所述限位板9 一端固定于管壁2内侧下凹处两侧中的一侧，所述限位板9另一端与管壁2内侧下凹处两侧中的另一侧之间有预设距离。所述限位板9上设置有用于信号光纤6穿过的通道。所述信号光纤6通过延长光纤1与测试单元5相接。如图3所示，所述限位板9为V形限位板。所述延长光纤1和信号光纤6的外部均包覆有防水材料，所述防水材料为防水油膏，可有效防止水分子对延长光纤1和信号光纤6的侵蚀，进而延长了延长光纤1和信号光纤6的使用寿命。本发明中，信号光纤6为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤或聚酰亚胺涂覆光纤等，信号光纤6也可以为塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤，或是由多根信号光纤6并排夹持在变形齿之间形成，或是多根信号光纤6通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带。本发明中的工作原理为当波纹管8在应力下伸缩变形时，位于波纹管8的管壁2 内侧下凹处的变形齿一 3和变形齿二 4之间的距离也会改变，从而使夹持在变形齿一 3与变形齿二 4之间的信号光纤6的弯曲曲率变化，使得信号光纤6的弯曲损耗变化，通过测试单元5测试信号光纤6的弯曲损耗变化，且测试单元5将测试数据传递给处理单元7，由处理单元7推算出波纹管8所受应力的大小。由于在波纹管8的管壁2内侧对称设置有变形齿一 3和变形齿二 4，从而使信号光纤6的有效弯曲长度大大延长，一方面减少了信号光纤 6的弯曲曲率，另一方面提高了该装置的精度，同时也大大延长了信号光纤6的使用寿命。特别是在管壁2内侧下凹处两侧之间设置有限位板9，该限位板9距管壁2另一侧有一预设距离，该距离为波纹管8的管壁2内侧下凹处相对两侧面相互靠近移动的最大值。 波纹管8在压力下压缩至限位板9的高度位置时就不能再压缩了，这样有效防止了信号光纤6的弯曲半径过小而影响其使用寿命，进而保证了该应力传感装置的使用寿命在设计要求之内。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，包括波纹管(8)，其特征在于所述波纹管(8)的管壁O)内侧下凹处对称设置有变形齿一 C3)和变形齿二 G)，所述变形齿一 (3)位于内管壁O)的一侧，所述变形齿二(4)位于内管壁O)的另一侧，所述变形齿一 (3)和变形齿二(4)呈均勻间隔布设，所述变形齿一(3)与变形齿二(4)之间设置有信号光纤(6)，所述信号光纤(6)与用于测试其弯曲损耗变化的测试单元(5)相接，所述测试单元( 还与用于处理测试单元( 测试数据的处理单元(7)相接，所述测试单元( 和处理单元(7)均位于波纹管(8)外；所述管壁O)内侧下凹处两侧之间设置有限位板(9)，所述限位板(9) 一端固定于管壁O)内侧下凹处两侧中的一侧，所述限位板(9)另一端与管壁O)内侧下凹处两侧中的另一侧之间有预设距离。
2.按照权利要求1所述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述限位板(9)上设置有用于信号光纤(6)穿过的通道。
3.按照权利要求1所述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述信号光纤(6)通过延长光纤(1)与测试单元( 相接。
4.按照权利要求1或2所述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于 所述限位板(9)为V形限位板。
5.按照权利要求3所述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述延长光纤(1)和信号光纤(6)的外部均包覆有防水材料。
6.按照权利要求5所述的具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，其特征在于所述防水材料为防水油膏。
全文摘要
本发明公开了一种具有限位板的波纹管型光纤应力传感装置，包括波纹管，波纹管的管壁内侧下凹处对称设有变形齿一和变形齿二，变形齿一位于内管壁的一侧，变形齿二位于内管壁的另一侧，变形齿一和变形齿二呈均匀间隔布设，变形齿一与变形齿二之间设置有信号光纤，信号光纤与用于测试其弯曲损耗变化的测试单元相接，测试单元还与用于处理测试单元测试数据的处理单元相接；管壁内侧下凹处两侧之间设有限位板，限位板一端固定于管壁内侧下凹处两侧中的一侧，限位板另一端与管壁内侧下凹处两侧中的另一侧之间有预设距离。本发明结构简单、设计合理且加工制作方便，能有效实现较大范围作用力的准确可靠测试，同时保证了信号光纤的使用寿命。
文档编号G01L7/06GK102478441SQ201010558430
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司