专利名称：基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感装置，尤其是涉及一种基于多层型光纤微弯损耗的通用型压力感测装置。
背景技术：
现有光纤压力传感装置的种类较多，主要包括光强度调制型光纤传感装置、光纤光栅压力传感装置、光纤干涉压力传感装置等多种类型，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，从而使得光纤传感装置的应用推广受到很大限制。在光强度调制型光纤压力传感装置中又主要有膜片反射式或微弯损耗式结构。前者主要的缺陷是光纤在传感装置中不连续，存在端面污染问题， 影响该光纤传感装置的长期使用精度，后者微弯损耗式主要有两种类型，一种是锯齿板周期微弯损耗式装置，两块经严格加工的锯齿板平行安置，并在两平行锯齿板间夹持有光纤，该装置中光纤的变形量很小，只有数百微米导致检测范围小，限制其实用化及应用范围；另一种类型是中国专利93206204.0《光纤传感压力头》、和西安理工大学学报Q000) Vol. 16No. lp. 69-73的文章《基于C型弹簧管和光纤环的光纤压力传感器》中提出的将光纤盘为直径5-10mm左右的光纤环数圈，并通过夹具安置在固定支架和C型弹簧管之间，在有压力变化时，C型弹簧管的位置相对于固定支架的变动而改变了光纤环的弯曲曲率，造成在光纤环中的光纤传输光信号的弯曲损耗变化，通过对该弯曲损耗变化的检测，可以获得监测压力的变化，但两者装置中的光纤环均要求直径在5-10mm左右，而绝大多数光纤在该弯曲曲率下均会有很大的弯曲内应力，光纤会在短时间内断裂，导致该光纤传感器的失效， 从而限制了该类传感器的实用及推广。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于微弯损耗的光纤压力传感装置，采用的是多层光纤微弯结构，不仅增加了检测距离，并使该光纤检测装置具有使用寿命长、精度高的特点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于包括一圆柱形腔体，所述的圆柱形腔体的一端是由一基板封闭，另一端固定有波纹片，在所述的基板和波纹片之间固定有包含信号光纤的多层微弯元件，信号光纤通过延长光纤与测试单元相接。当被测压力作用在波纹片时，波纹片发生微小变形，多层微弯元件感测到波纹片的变形并使包含在多层微弯元件内的信号光纤的弯曲曲率变化，从而使传输于信号光纤内的光信号功率有显著的变化，通过测试单元的检测，达到了测定压力的大小。由于采用了多层微弯元件，延长了信号光纤的有效长度，并减少了信号光纤的弯曲曲率，从而在提高该装置的精度同时，大大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有一个包含参考光纤的多层光纤微弯元件安装于圆柱形腔体内。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多层微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成。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多层微弯元件是由一个曲线型的内部包含有相互交错对应的两列变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。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多层微弯元件是由一个弹簧型的相邻两圈弹簧丝上有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。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信号光纤的一端安置有光反射装置，如反射镜或光纤光栅。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一端的延长光纤接1X2光分路器的1端，1X2光分路器的2端分别接光源和光功率计。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圆柱形腔体的内壁上端边沿和下端边沿又分别固定有内圆柱形腔体A和内圆柱形腔体B，在内圆柱形腔体A的下端安置有波纹片，内圆柱形腔体B的上端安置有基板。圆柱形腔体的膨胀系数与内圆柱形腔体A和内圆柱形腔体B的膨胀系数不同。两个及两个以上的多层微弯元件中的信号光纤通过延长光纤串联在一起，形成准分布式光纤传感系统。在两个多层微弯元件之间的延长光纤上安置有光反射装置，如光纤光栅。在所述的基板上有调整螺杆。在所述的基板上有平衡内外压力的孔。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、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。本发明与现有技术相比具有以下优点1、基于光纤微弯的通用型压力感测装置，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、灵敏度高；2、基于光纤微弯的通用型压力感测装置，因由多层微弯元件构成，大大增加了信号光纤的有效弯曲长度，一方面增加了检测的精度和灵敏度，并可以减少信号光纤的弯曲曲率，从而延长了信号光纤的使用寿命，使该光纤检测装置具有使用寿命长的特点；3、基于光纤微弯的通用型压力感测装置由于采用了多层微弯变形器，从而可以使本装置可以响应更大的压力作用距离，扩展了该装置的使用范围。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，所具有多层微弯元件结构可以大幅度减少信号光纤弯曲曲率，并大幅度延长了信号光纤的有效长度，使本发明的装置具有更好的精度和更长的使用寿命。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
的部分剖面结构示意图。图2为本发明第一具体实施方式
的主要部位的剖面结构示意图。图3为本发明第二具体实施方式
的部分剖面结构示意图。图4为本发明第二具体实施方式
的主要部位的剖面结构示意图。图5为本发明第三具体实施方式
的结构示意图。图6为本发明第四具体实施方式
的结构示意图。附图标记说明
权利要求
1.基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于包括一圆柱形腔体，所述的圆柱形腔体的一端是由一基板封闭，另一端固定有波纹片，在所述的基板和波纹片之间固定有包含信号光纤的多层微弯元件，信号光纤通过延长光纤与测试单元相接。
2.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于有一个包含参考光纤的多层光纤微弯元件安装于圆柱形腔体内。
3.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于所述的多层微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成。
4.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于所述的多层微弯元件是由一个曲线型壳体构成，在曲线型壳体的内部包含有相互交错对应的两列变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。
5.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于所述的多层微弯元件是由一个弹簧型的相邻两圈弹簧丝上有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤。
6.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于所述的信号光纤的一端安置有光反射器，如反射镜或光纤光栅。
7.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于所述的信号光纤的一端的延长光纤接1X2光分路器的1端，1X2光分路器的2端分别接光源和光功率计。
8.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于所述的圆柱形腔体的内壁上端边沿和下端边沿又分别固定有内圆柱形腔体A和内圆柱 形腔体B，在内圆柱形腔体A的下端安置有波纹片，内圆柱形腔体B的上端安置有基板。
9.按照权利要求8所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于圆柱形腔体的膨胀系数与内圆柱形腔体A和内圆柱形腔体B的膨胀系数不同。
10.按照权利要求1所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于两个及两个以上的多层微弯元件中的信号光纤通过延长光纤串联在一起。
11.按照权利要求10所述的基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，其特征在于 在两个多层微弯元件之间的延长光纤上安置有光反射器，如光纤光栅。
全文摘要
本发明公开了一种基于光纤微弯损耗的通用型压力感测装置，包括一圆柱形腔体，所述的圆柱形腔体的一端是由一基板封闭，另一端固定有波纹片，在所述的基板和波纹片之间固定有包含信号光纤的多层微弯元件。当被测压力作用在波纹片时，波纹片变形并将该力值传递给多层微弯元件，引起多层微弯元件压缩，使包含在多层微弯元件内的信号光纤的弯曲曲率变化，从而使传输于信号光纤内的光信号功率有显著的变化，通过测试单元的检测，达到了测定压力的大小。由于采用了多层微弯元件，延长了信号光纤的有效长度，并减少了信号光纤的弯曲曲率，从而在提高该装置的精度同时，大大延长了信号光纤的使用寿命，使本发明的装置具有广阔的应用前景。
文档编号G01L11/02GK102374913SQ20101026442
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司