分布式多级光纤位移传感器的制作方法

本实用新型涉及市政工程施工领域，具体地，涉及一种分布式多级光纤位移传感器。

背景技术：

我国目前正处于基础设施大规模建设时期，在水利、能源、交通等各个领域为了保证各类工程、建筑以及设施的安全，需要进行结构体的大变形检测。分布式传感技术因其分布式传感的特点在检测领域中具有越来越广泛的应用。

在分布式传感技术中使用的分布式光纤传感器需要将检测对象的应变、温度等状态变化尽可能真实、详尽地传递给光时域分析仪。然而现有技术中使用的分布式光纤传感器大部分是由通信光缆改良而来，检测量程小，准确度低，植入检测对象之后容易被破坏。

技术实现要素：

针对现有技术中分布式光纤传感器检测量程小，准确度低，且植入检测对象之后容易被破坏的技术问题，本实用新型提供了一种分布式多级光纤位移传感器，采用该传感器可以提高传感器的检测量程，提高传感器对检测对象的准确度，增加传感器的植入成活率。

为实现上述目的，本实用新型提供的分布式多级光纤位移传感器包括：套管，所述套管为具有容纳腔的中空管状结构；腔壁支撑件，所述腔壁支撑件采用与所述容纳腔的腔壁贴合的方式布设在所述容纳腔内；具有不同长度的多条光纤，多条光纤按照套管的延伸方向并排容设在所述容纳腔中。

进一步地，所述多条光纤的长度呈线性递增。

进一步地，所述腔壁支撑件由金属丝弯制而成。

进一步地，所述腔壁支撑件为多个，多个所述腔壁支撑件以不同的旋转方向呈螺旋状布设在所述容纳腔内。

进一步地，所述套管的壁厚与所述套管的直径之间的比例介于1:8～1:16。

进一步地，所述传感器还包括：两个定位件，所述两个定位件分别堵塞设置在所述套管的两端，在所述定位件上开设有与所述光纤数量相同的通孔，每一条光纤贯穿两个定位件上对应的通孔容设在所述容纳腔中；所述光纤与所述通孔之间的缝隙中还填注有定位胶。

进一步地，所述传感器还包括：按照套管的延伸方向布设在所述容纳腔中的分隔件，所述分隔件由多片沿周向等间隔设置的分隔板组成，所述分隔件将所述容纳腔分隔成多个相互独立的容纳室，每一容纳室内容设有一条光纤。

进一步地，所述多条光纤通过裸露在所述套管外的部分相互并联，且每条光纤裸露在所述套管外的两端分别与光时域分析仪的光信号输入端和光信号输出端连接。

进一步地，所述多条光纤通过裸露在所述套管外的部分相互串联，且由多条光纤串联而成的串联式光纤的两端分别与光时域分析仪的光信号输入端和光信号输出端连接。

进一步地，所述光纤为紧套光纤、松套光纤、单模光纤和多模光纤中的任意一者。

通过本实用新型提供的技术方案，本实用新型至少具有如下技术效果：

本实用新型的分布式多级光纤位移传感器包括套管、腔壁支撑件和具有不同长度的多条光纤，套管为具有容纳腔的中空管状结构，能够容纳多条光纤，在容纳腔的腔壁上布设有腔壁支撑件。传感器可以布设于检测对象表面或者植入于检测对象中，当检测对象发生变形时，套管受力产生变形，封装于套管内的不同长度的光纤逐级变形，从而实现检测对象的变形检测；套管结构可以获得传感器与检测对象更大的接触面积以提升传感器与检测对象的耦合性，提高检测对象变形的检测灵敏度；通过套管结构将检测对象与光纤隔离，并且在容纳腔的腔壁上设置腔壁支撑件，能够保证光纤不被破坏，提高光纤的植入成活率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本实用新型提供的分布式多级光纤位移传感器的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的分布式多级光纤位移传感器中的定位件的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的分布式多级光纤位移传感器中的分隔件的示意图。

附图标记说明

1套管 2腔壁支撑件

3光纤 4定位件

5分隔件 11容纳腔

41通孔 51分隔板

111容纳室

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

请参考图1，本实用新型实施例提供一种分布式多级光纤位移传感器，该传感器包括：套管1，所述套管1为具有容纳腔11的中空管状结构；腔壁支撑件2，所述腔壁支撑件2采用与所述容纳腔11的腔壁贴合的方式布设在所述容纳腔11内；具有不同长度的多条光纤3，多条光纤3按照套管1的延伸方向并排容设在所述容纳腔11中。

具体地，本实用新型实施例中，套管1为具有容纳腔11的中空管状结构，在容纳腔11中容设有多条不同长度的光纤3，多条光纤3按照套管1的延伸方向并排容设在所述容纳腔11中。传感器可以布设于检测对象表面或者植入于检测对象中，当检测对象发生变形时，套管1受力产生变形，封装于套管1内的不同长度的光纤3逐级变形，从而实现检测对象的变形检测。同时中空管状结构的套管1具有一定的管周面积，可以获得传感器与检测对象更大的接触面积以提升传感器与检测对象的耦合性，提高检测对象变形的检测灵敏度。并且通过套管1能够将检测对象与光纤3隔离，能够保证光纤3植入检测对象之后不被破坏。在容纳腔11的内腔壁上布设有腔壁支撑件2，腔壁支撑件2可以对套管1起到支撑、保护作用，保证光纤3不被损坏，提高光纤3的植入成活率。

通过本实用新型提供的分布式多级光纤位移传感器，能够提高传感器的检测量程，提高传感器与检测对象的耦合性，提高检测对象变形的检测灵敏度，增加传感器的植入成活率。

进一步地，所述多条光纤3的长度呈线性递增。

具体地，光纤3具有一定的检测量程，通常为102％L，L为套管1的长度，套管1受力产生变形，封装于套管1内的光纤3随之变形，当光纤3变形过大，超出检测量程时，则无法再对检测对象进行检测。本实用新型实施例中，在套管1内容设有多条不同长度的光纤3，多条光纤3的长度呈线性递增，当最短的光纤3达到检测量程时，可以通过第二长度的光纤3对检测对象进行检测，当第二长度的光纤3达到检测量程时，可以通过第三长度的光纤3对检测对象进行检测，以此类推，逐级对检测对象进行检测。

根据一种实施方式，套管1中容设有四根光纤3，光纤3的长度按套管1长度的2％逐级增加，分别为L+Δl、L+2Δl、L+3Δl、L+4Δl，其中Δl＝2％L。

通过本实用新型提供的分布式多级光纤位移传感器，实现了光纤测试量程的成倍增长，提高了传感器的检测量程，满足日益增长的基础设施工程建设领域大变形分布式检测需求。

进一步地，所述腔壁支撑件2由金属丝弯制而成。

具体地，本实用新型实施例中，金属材料制成的腔壁支撑件2具备一定的强度，采用与容纳腔11的腔壁贴合的方式布设在容纳腔11内，在最小程度占用容纳腔11的空间且保证套管1不被破坏的情况下，可以对套管1起到支撑、保护作用，金属材料制成的腔壁支撑件2满足一定的延展性、可变形性、可机械加工性及抗腐蚀性等要求。腔壁支撑件2可以由铜、铜合金、铝合金或不锈钢丝等材料制成，也可以由其它合金等复合材料制成，可以根据实际情况进行选择，本实用新型中不做限制。

腔壁支撑件2能够以多种方式贴合布设在容纳腔11的腔壁上，根据一种实施方式，腔壁支撑件2由一根金属丝弯制而成，金属丝呈螺旋状贴合布设在容纳腔11的腔壁上。根据另一种实施方式，腔壁支撑件2由多根金属丝弯制而成，多根金属丝沿着套管1的延伸方向，呈螺旋状依次布设在容纳腔11的腔壁上。

进一步地，所述腔壁支撑件2为多个，多个所述腔壁支撑件2以不同的旋转方向呈螺旋状布设在所述容纳腔11内。

具体地，本实用新型实施例中，腔壁支撑件2为多个，多个腔壁支撑件2以不同的旋转方向呈螺旋状布设在容纳腔11内，使得多个腔壁支撑件2在对套管1起支撑作用的同时，也能够保证套管1的延展性和可变形性，使得套管1能够根据检测对象的变形而改变弯曲度。

进一步地，所述套管1的壁厚与所述套管1的直径之间的比例介于1:8～1:16。

具体地，本实用新型实施例中，套管1为薄壁空心管，壁厚与直径之间的比例介于1:8～1:16，这样可以保证套管1在为光纤3提供保护作用的同时也能够保证套管1的延展性和可变形性。

进一步地，所述传感器还包括：两个定位件4，所述两个定位件4分别堵塞设置在所述套管1的两端，在所述定位件4上开设有与所述光纤3数量相同的通孔41，每一条光纤3贯穿两个定位件4上对应的通孔41容设在所述容纳腔11中；所述光纤3与所述通孔41之间的缝隙中还填注有定位胶。

具体地，本实用新型实施例中，在传感器的两端均设置有定位件4，定位件4堵塞设置在套管1的两端，在定位件4上开设有多个通孔41，光纤3贯穿两个定位件4上对应的通孔41，在光纤3与所述通孔41之间的缝隙中还填注有定位胶，定位胶将光纤3固定容设在容纳腔11中，使得光纤3不产生位移，保证光纤3按照设计长度容设在容纳腔11中。

通过本实用新型提供的分布式多级光纤位移传感器，能够将光纤3的两端固定在套管1中，使得容设在套管1中的光纤3的长度保持不变，保证传感器对检测对象的检测准确度。

进一步地，所述传感器还包括：按照套管1的延伸方向布设在所述容纳腔11中的分隔件5，所述分隔件5由多片沿周向等间隔设置的分隔板51组成，所述分隔件5将所述容纳腔11分隔成多个相互独立的容纳室111，每一容纳室111内容设有一条光纤3。

具体地，由于套管1中容设有多条不同长度的光纤3，在运输或者敷设过程中多条光纤3可能会缠绕在一起，当检测对象发生变形时，光纤3无法拉伸至设计量程，影响检测对象的检测精度。本实用新型实施例中，在套管1中设置有分隔件5，分隔件5按照套管1的延伸方向布设在容纳腔11中，分隔件5由多片分隔板51组成，分隔板51沿套管1的周向等间隔设置，将容纳腔11分隔成多个相互独立的容纳室111，每一容纳室111内容设有一条光纤3。

通过本实用新型提供的分布式多级光纤位移传感器，能够将多条光纤3分别容设在相互独立的容纳室内，避免光纤3相互缠绕、打结，保证光纤3能够拉伸至检测量程，从而确保传感器的检测量程，提高传感器的检测精度。

多条光纤3可以采用不同的连接方式执行检测，根据一种实施方式，所述多条光纤3通过裸露在所述套管1外的部分相互并联，且每条光纤3裸露在所述套管1外的两端分别与光时域分析仪的光信号输入端和光信号输出端连接。

具体地，本实用新型实施例中，多条光纤3可以相互并联在光时域分析仪上，每条光纤3的两端分别与光时域分析仪的光信号输入端和光信号输出端连接，对检测对象的变形进行检测。当检测对象发生形变时，多条光纤3逐级拉伸，从而实现检测对象大变形的分布式测量。

根据另一种实施方式，所述多条光纤3通过裸露在所述套管1外的部分相互串联，且由多条光纤3串联而成的串联式光纤的两端分别与光时域分析仪的光信号输入端和光信号输出端连接。

具体地，本实用新型实施例中，多条光纤3可以通过裸露在套管1外的部分相互串联在一起，多条光纤3串联而成的串联式光纤的两端分别与光时域分析仪的光信号输入端和光信号输出端连接。

本实用新型实施例中提供了多种光纤的连接方式，可以根据实际情况进行选择，本实用新型中不做限制。

进一步地，所述光纤3为紧套光纤、松套光纤、单模光纤和多模光纤中的任意一者。

具体地，本实用新型实施例中，光纤3可以为任一种类的光纤，包括紧套光纤、松套光纤、单模光纤和多模光纤。当光纤3为紧套单模光纤时，可用于检测检测对象的变形；当光纤3为松套多模光纤时，可用于检测检测对象的温度。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。