专利名称：具有缓冲结构的曲线型光纤传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感技术领域的光纤传感器，具体是一种具有缓冲结构的曲线型 的高精度应力参数测试的光纤传感器。
背景技术：
现有光纤传感器的种类非常多，主要包括光强度调整型光纤传感器、光纤光栅传 感器、光纤干涉传感器等多种类型，后两者的特点是传感灵敏度高，但是实际应用过程中， 存在设备复杂、使用运行成本高等缺陷和不足，从而使得光纤传感器的应用推广受到很大 限制。尤其是对较高灵敏度的光纤传感器，其会响应使用过程中各种环境条件的改变情形， 如光纤干涉传感器，由于其灵敏度很高，但当其应用于实际条件下后，发现温度、气压、振动 等环境因素均会对其工作参数造成影响，因而实际使用时，不得不采取多种措施来防止和 剔除上述环境因素的影响，从而使得其监测设备的结构越来越趋于复杂，运行使用成本大 巾畐提尚。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、具有一定 的环境抗干扰能力的特点，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，Pout和Pin分别为输出和输入光功率，、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，影响衰减器的使用寿命，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衰减器的动态范围和精度的目的。在光纤微弯传感器中的光纤出现弯曲时，光纤的长度要么伸长，要么从未出现弯 曲的部分移动一些补充，光纤的伸长将使光纤所承受应力增加，影响了光纤的使用寿命，但 随着弯曲弧长S的增加，连续的光纤弯曲导致光纤被迫伸长的现象将会明显的出现，这样 限制了该类光纤传感器的使用寿命。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具有缓冲结构的曲线型光纤传感 器，该传感器结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、具有一定的环境抗干扰 能力、灵敏度高，由于缓冲结构的光纤的存在，延长了该光纤传感器的使用寿命。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有缓冲结构的曲线型光 纤传感器，其特征在于一个曲线型壳体内部的相对两侧分别安置有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述的A侧变形齿和B侧变形齿呈交错对应，并在A侧变形齿和B侧变形齿 之间夹有信号光纤，但信号光纤的其中至少一段作为缓冲信号光纤没有夹持在变形齿间， 曲线型壳体的两端受应力作用时曲线型壳体两端的位置改变，并导致曲线型壳体中所述的 A侧变形齿和B侧变形齿之间位置改变，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤的弯曲曲率 改变而导致信号光纤的长度有伸长或缩短趋势时，缓冲信号光纤会移动来吸纳或弥补因弯 曲曲率变化而导致的信号光纤长度的伸长或缩短。当曲线型壳体的两端位置变化时，如曲线型壳体在拉应力下伸长、或在压应力下 缩短，则构成曲线型壳体中的所述的A侧变形齿和B侧变形齿间位置增大或减小，从而使夹 在两者变形齿间的信号光纤的弯曲曲率减小或增大而导致信号光纤的长度缩短或伸长，信 号光纤在应力作用下的拉伸会伸长，从而增加了光纤所受到的应力，导致光纤使用寿命的 减少，而缓冲信号光纤的出现，使信号光纤的伸长或缩短有了相应的补偿，从而大幅度降低 了信号光纤所受到的应力，延长了信号光纤的使用寿命。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的缓冲信号光纤是从曲 线型壳体中的一点以切线方向离开曲线型壳体、又在另一点以切线方向进入曲线型壳体的 信号光纤。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的缓冲信号光纤放置于 托盘上。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的托盘与曲线型壳体相 连接。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的信号光纤的延长光纤 接测试单元。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的信号光纤被防水材料包覆。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的防水材料是阻水油膏。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述信号光纤为外部包有多 层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤也可 以是塑料光纤或光子晶体光纤。本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是所述的曲线型壳体是由高分 子材料或金属材料构成。如采用注塑技术制作曲线型壳体及其变形齿，首先做一套模具，就 可以大批量生产，可大幅度降低本发明传感装置的生产成本。本发明与现有技术相比具有以下优点1、具有缓冲结构的曲线型壳体光纤传感器，该传感器结构简单、设计合理、操作方 法方便且使用方式灵活、具有一定的环境抗干扰能力、灵敏度高。2、具有缓冲结构的曲线型壳体光纤传感器，由于缓冲结构的光纤的存在，使该光 纤传感器具有使用寿命长的特点。综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、 使用效果好，所具有得缓冲结构可以大幅度减少信号光纤所受的拉伸应力，使本发明的光 纤传感器具有更长的使用寿命。
下面通过附图和实施例，对发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明第一具体实施方式
的结构示意图。图2为图1中曲线型壳体横截面示意图。图3为图1中曲线型壳体部分纵剖面示意图。图4为本发明第二具体实施方式
的结构示意图。图5为本发明第三具体实施方式
的结构示意图。附图标记说明
具体实施例方式实施例1如图1、图2和图3所示，本发明包括一个曲线型壳体4内部的相对两侧分别安置 有多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4_2呈 交错对应，并在A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2之间夹有信号光纤6，但信号光纤的其中 至少一段作为缓冲信号光纤10没有夹持在变形齿间，曲线型壳体4的两端受应力作用时曲 线型壳体4两端的位置改变，并导致曲线型壳体4中所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿 4-2之间位置改变，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤6的弯曲曲率改变而导致信号光 纤6的长度有伸长或缩短趋势时，缓冲信号光纤10会移动来吸纳或弥补因弯曲曲率变化而 导致的信号光纤6长度的伸长或缩短。。本实施例中，曲线型壳体4整体呈螺旋状，当曲线型壳体4的两端位置变化时，如 曲线型壳体4在拉应力下伸长、或在压应力下缩短，则构成曲线型壳体4中的所述的A侧变 形齿4-1和B侧变形齿4-2间位置增大或减小，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤6的 弯曲曲率减小或增大而导致信号光纤6的长度缩短或伸长，信号光纤6在应力作用下的拉 伸会伸长，从而增加了信号光纤6所受到的应力，导致信号光纤6使用寿命的减少，而缓冲 信号光纤10的出现，使信号光纤6的伸长或缩短有了相应的补偿，从而大幅度降低了信号 光纤6所受到的应力，延长了信号光纤6的使用寿命。信号光纤6的通过传输光纤1与测试单元5连接，测试单元5后面连接的是处理 单元7，信号光纤6弯曲曲率的变化会导致在信号光纤6内部传输的光信号的变化，通过测 试单元5可以监测到该光信号的变化，并通过处理单元7进行后续处理。所述信号光纤6为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤6也可以是塑料光纤或光子晶体光纤。所述的曲线型壳体4及其变形齿可采用注塑技术制作，首先做一套模具，就可以 大批量生产，可大幅度降低本发明传感装置的生产成本。实施例2如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述缓冲信号光纤10位于托盘11 上，托盘固定于曲线型壳体4上。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与 实施例1相同。实施例3如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述的信号光纤6及缓冲信号光 纤10周围包覆有阻水材料20，防止水分子对信号光纤6或缓冲信号光纤10得侵蚀，延长信 号光纤6或缓冲信号光纤10的使用寿命。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作 原理均与实施例1相同。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
具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于一个曲线型壳体内部的相对两侧分别安置有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述的A侧变形齿和B侧变形齿呈交错对应，并在A侧变形齿和B侧变形齿之间夹有信号光纤，特别是信号光纤中的至少一段作为缓冲信号光纤没有夹持在变形齿间，曲线型壳体的两端受应力作用时曲线型壳体两端的位置改变，并导致曲线型壳体中所述的A侧变形齿和B侧变形齿之间位置改变，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤的弯曲曲率改变而导致信号光纤的长度有伸长或缩短趋势时，缓冲信号光纤会移动来吸纳或弥补因弯曲曲率变化而导致的信号光纤长度的伸长或缩短。
2.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的缓 冲信号光纤是从曲线型壳体中的一点以切线方向离开曲线型壳体、又在另一点以切线方向 进入曲线型壳体的信号光纤。
3.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的缓 冲信号光纤放置于托盘上。
4.按照权利要求3所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的托 盘与曲线型壳体相连接。
5.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的信 号光纤的延长光纤接测试单元。
6.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的信 号光纤被防水材料包覆。
7.按照权利要求6所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的防 水材料是阻水油膏。
8.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述信号 光纤为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤或金 属涂覆光纤。
9.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的信 号光纤是塑料光纤或光子晶体光纤。
10.按照权利要求1所述的具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于所述的曲 线型壳体是由高分子材料或金属材料构成。
全文摘要
本发明公开了一种具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其包括一个曲线型壳体内部的相对两侧分别安置有交错对应多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，在A侧变形齿和B侧变形齿之间夹有信号光纤，特别是信号光纤中的至少一段作为缓冲信号光纤没有夹持在变形齿间，曲线型壳体的两端受应力作用时曲线型壳体两端的位置改变，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤的弯曲曲率改变而导致信号光纤的长度有伸长或缩短趋势时，缓冲信号光纤会移动来吸纳或弥补因弯曲曲率变化而导致的信号光纤长度的伸长或缩短，使信号光纤在使用中减少了轴向应力，延长了信号光纤的使用寿命。本发明结构简单、使用方式灵活、灵敏度高、寿命长，具有广阔的应用前景。
文档编号G01L1/24GK101915630SQ20101022681
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者杜兵, 杜蔚, 杜迎涛 申请人:西安金和光学科技有限公司