專利名稱：光纖雙向應(yīng)變－位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器，屬光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景傳統(tǒng)用于建筑結(jié)構(gòu)的傳感器有機械電容式、電渦流式、電感式及光電式等，這些傳感器都存在零漂需間斷地標(biāo)定、導(dǎo)線長度短、量程小、需電絕緣、不耐高壓和腐蝕、受溫度和電磁干擾影響較大、對環(huán)境要求嚴(yán)格等缺點。新出現(xiàn)的Elastica型光纖傳感器基于光纖彎曲損耗的傳感機理，通過對單一的自由懸垂光纖段的兩端施加力或力矩，使其變形而導(dǎo)致光纖的輸出功率產(chǎn)生變化，從而測定物體的應(yīng)變量；該傳感器的端光纖在施加力或力矩時兩端的側(cè)面是不受力的，而是通過自由懸垂光纖的變形實現(xiàn)對光纖彎曲損耗的控制，因而具有成本低、適應(yīng)性強的優(yōu)點。但該傳感器只適用于壓縮變形，若欲獲取拉伸變形，就必須先預(yù)彎傳感段光纖，由此會不可避免地導(dǎo)致光信號損耗和量程的降低。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有光纖傳感器件預(yù)彎損耗和量程降低的問題，利用光纖彎曲損耗的特點，提供一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器，本實用新型的技術(shù)方案是該傳感器包括相互配合的“L”形和“F”形敏感基片(1)、(6)，以及粘貼在敏感基片上的光纖(5)，光纖(5)的中段通過粘貼在敏感基片的三個凸起端頭上、形成兩段自由懸垂光纖(2)和(4)；在兩段傳感光纖之間還可預(yù)留出用于分布式測量的時間延遲光纖(3)。敏感基片為普通光纖應(yīng)變片，如銅片、鋼片、鋁片；光纖在敏感基片上的粘貼采用普通方法，如環(huán)氧樹脂。
當(dāng)檢測對象發(fā)生形變時，粘貼在檢測對象上的光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的敏感基片自由端隨之發(fā)生位移變化。當(dāng)基片受拉時，拉敏區(qū)的間距減小，位于該區(qū)的自由懸垂光纖變彎；與此同時，壓敏區(qū)的間距增大，光纖被拉直。反過來，當(dāng)基片受壓時，壓敏區(qū)的間距減小，位于該區(qū)的自由懸垂光纖變彎；與此同時，拉敏區(qū)的間距增大，光纖被拉直。這樣，不論受拉或壓，通過獲取光纖的彎曲損耗就可獲得物體的變形情況。
本實用新型由于采用在敏感基片上的兩個敏感區(qū)的結(jié)構(gòu)，一個用于測量拉伸的拉敏區(qū)，一個用于測量壓縮的壓敏區(qū)，因此解決了光纖預(yù)彎損耗和量程降低的問題，并還具有以下優(yōu)點1.模塊性強該傳感器基于簡單的光強調(diào)制原理，既能與OTDR組成分布式光纖傳感器，又能與LED光源和光功率計配合組成點式傳感器；2.適合分布式測量對選取的分布式光纖傳感器的兩個取樣點，進行差分運算，可有效消除光源漂移的影響，實現(xiàn)檢測信號的自定標(biāo)，為絕對測量模式。
3.結(jié)構(gòu)簡單、易于制作由于僅涉及兩片敏感基片和普通通信光纖，操作者很容易熟練掌握使用。
4.量程大由于拉、壓應(yīng)變區(qū)的引入，使檢測量程加大了一倍，可對結(jié)構(gòu)裂縫進行實時檢測。
圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，1“L”型敏感基片，2拉敏區(qū)的自由懸垂光纖，3延時光纖，4壓敏區(qū)的自由懸垂光纖，5光纖，6“F”型敏感基片，圖2為本實用新型拉伸工作機理示意圖，圖3為本實用新型壓縮工作機理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
例1如圖1所示，該光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器包括相互配合的“L”型和“F”型光纖應(yīng)變敏感基片(1)、(6)，以及用環(huán)氧樹脂粘貼在光纖應(yīng)變基片(銅片)上的光纖(5)；光纖(5)的中段粘貼在光纖應(yīng)變片基片三個凸起端頭上，形成兩段自由懸垂光纖(2)和(4)。
該傳感器的傳感元件是位于兩粘接點之間的自由懸垂光纖(2)和(4)，拉敏區(qū)的長度為dt、壓敏區(qū)的長度為dc，即敏感基片凸起端頭或光纖粘接點之間的間距。通常粘貼于拉敏區(qū)和壓敏區(qū)的自由懸垂光纖的長度為lt(＞dt)和lc(＞dc)，當(dāng)被測的物體發(fā)生應(yīng)變或形變時，粘貼在物體上的傳感器敏感基片就會隨著被測物產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變化，并帶動粘貼于其端頭上的光纖發(fā)生彎曲(如圖2、3所示)，從而形成一種損耗調(diào)制的光纖傳感器。
在光纖兩端分別接入LED光源和光功率計，就可實現(xiàn)光纖傳感器的點式測量。通過對實驗數(shù)據(jù)平均值的擬合，彎曲損耗(損耗量Δα，單位dB)與位移(位移量Δd，單位mm)有如下關(guān)系Δα＝0.012Δd3+1.352Δd2-0.093Δd+2.651。
點式測量的步驟為1.將LED光源接入光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的一端；2.將光功率計接入光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的另一端；3.根據(jù)上述公式，由光功率計的讀數(shù)確定出位移參量。
例2如圖1所示，該光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片(1)、(6)，以及用環(huán)氧樹脂粘貼在敏感基片(鋁片)上的光纖(5)；光纖(5)中段粘貼在敏感基片三個凸起端頭上，形成兩段自由懸垂光纖(4)，三個粘貼點為(2)；在兩段傳感光纖之間還預(yù)留有用于分布式測量的時間延遲光纖(3)。
在光纖的一端接入OTDR(光時域反射計)，即可沿光纖進行多點檢測，實現(xiàn)光纖傳感器的分布式測量。由于具有時間延遲光纖(3)，因此光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的位移方向可由OTDR在高空間分辨時的軌跡識別。通過對實驗數(shù)據(jù)平均值的擬合，彎曲損耗(損耗量Δα，單位dB)與位移(位移量Δd，單位mm)有如下關(guān)系Δα(Δd)≈0.130-0.439×10-3Δd+0.695Δd2+0.426×10-4Δd3分布式測量的步驟為1.將光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器的一端光纖接入OTDR；2.對傳感器的時分復(fù)用進行地址編碼，確定取樣位置；3.根據(jù)上述公式，從OTDR中的取樣位置獲得傳感光纖的光纖損耗，確定出位移參量；4.在空間高分辨下，由OTDR軌跡識別出拉、壓應(yīng)變。
權(quán)利要求1.一種光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器，其特征在于它包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片(1)、(6)，以及粘貼在敏感基片上的光纖(5)，光纖(5)的中段粘貼在敏感基片三個凸起端頭上，形成兩段自由懸垂傳感光纖(2)和(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖雙向應(yīng)變-位移傳感器，其特征在于在兩段懸垂傳感光纖之間還可預(yù)留出用于分布式測量的時間延遲光纖(3)。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖雙向應(yīng)變－位移傳感器，屬光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片，以及粘貼在敏感基片上的光纖，光纖的中段通過三個粘貼點粘貼在敏感基片三個凸起端頭上、形成拉敏和壓敏兩段自由懸垂光纖。本傳感器解決了光纖預(yù)彎損耗和量程降低的問題，具有模塊性強，適合分布式測量，結(jié)構(gòu)簡單、易于制作，量程大等優(yōu)點。
文檔編號G01D5/26GK2747542SQ200420104590
公開日2005年12月21日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者李川 申請人:昆明理工大學(xué)
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