具有限位板的彈簧型光纖傳感器的製作方法

2023-06-07 09:39:11

專利名稱：具有限位板的彈簧型光纖傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖傳感器，尤其是涉及一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器。
背景技術：
現有光纖傳感器的種類非常多，主要包括光強度調整型光纖傳感器、光纖光柵傳感器、光纖幹涉傳感器等多種類型，後兩者的特點是傳感靈敏度高，但是實際應用過程中， 存在設備複雜、使用運行成本高等缺陷，從而使得光纖傳感器的應用推廣受到很大限制。尤其是對較高靈敏度的光纖傳感器，會受使用過程中各種環境條件的影響，如光纖幹涉傳感器，由於其靈敏度很高，應用於實際條件後，發現溫度、氣壓、振動等環境因素均會對其工作參數造成影響，因而實際使用時，不得不採取多種措施來防止和剔除上述環境因素的影響， 從而使得其監測設備的結構越來越趨於複雜化，且運行使用成本大幅提高。而光纖微彎傳感器是一種光強度調製的傳感器，具有成本低、靈敏度高以及一定的環境抗幹擾能力等特點，其是基於光纖的彎曲或微彎損耗來實現的，通過改變光纖的彎曲程度，從而導致輸出光功率的變化。光功率損耗的原理是當光纖受到彎曲擾動的時候，將會產生彎曲損耗，主要是微彎損耗和宏彎損耗。兩者彎曲損耗均是由於光纖彎曲時導致纖芯中的部分導模耦合至包層引起的，兩者損耗均可以根據Marcuse的理論公式計算彎曲損耗大小，其公式如下Pout = Pin exp (- γ S)其中，Pout為輸出光功率，Pin為輸入光功率，、是彎曲損耗係數，S為彎曲弧長。 可以看出光纖的彎曲損耗係數Y越大，即光纖彎曲半徑越小，則損耗越大，但彎曲半徑過小會導致光纖壽命大幅度減少，影響衰減器的使用壽命，所以實際應用中光纖的彎曲半徑是受限制的；另一方面，在相同的彎曲損耗係數Y下，若增加彎曲弧長S，則可增大衰減，可以通過大幅度增加彎曲弧長S，達到大幅度提高光纖衰減器的動態範圍和精度的目的。中國專利87107210提供的方案是以光纖的微彎損耗為主來實現微彎光纖應力計，但由於其是通過兩塊平板來實現的，平板的尺寸不可能太大，使得可以彎曲的光纖長度受到限制，妨礙了該類光纖衰減器的動態範圍和精度的提高。另外，兩塊板相對運動的可調節距離最大只有數百微米，且運動時兩塊板須保持基本平行，同時由於彎曲應力的存在使得光纖壽命影響較大，所以此類衰減器對調節機械結構有較高要求，不僅增加了實施成本， 同樣也限制了該類光纖衰減器的動態範圍和精度提高，同時由於彎曲應力的存在對光纖的壽命有較大影響，如何防止讓光纖承受過大的彎曲應力也是一個亟待解決的問題。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其結構簡單、設計合理、操作方便且使用靈活，有效防止了光纖出現過小的彎曲半徑，進而使得光纖能承受過大的彎曲應力，大大延長了光纖的使用壽命，同時具有一定的環境抗幹擾能力，靈敏度高，以及使用範圍廣的特點。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於包括多圈彈簧型構件、用於測試所述多圈彈簧型構件彎曲損耗變化的測試單元和用於處理測試單元測試數據的處理單元，所述多圈彈簧型構件兩端與測試單元相接，所述測試單元還與處理單元相接，所述多圈彈簧型構件由彈簧絲螺旋繞制而成，所述彈簧絲上表面均勻布設有上變形齒，所述彈簧絲下表面均勻布設有下變形齒，所述上變形齒和下變形齒在彈簧絲上呈對稱布設，且每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒和上變形齒交錯對應，每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒與上變形齒之間設置有信號光纖，所述信號光纖與測試單元相接；每相鄰兩圈彈簧絲之間設置有限位板，所述限位板一端與所述彈簧絲固定連接，所述限位板另一端與其相對的所述彈簧絲之間有預設距離。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述限位板為條形限位板、 U型限位板或F型限位板。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述F型限位板為F型透鏡，且相鄰F型限位板下端相連接。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述限位板上設置有供信號光纖穿過的通道。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述信號光纖通過傳輸光纖與測試單元相接。上述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述信號光纖為緊套光纖、 碳塗覆光纖、聚醯亞胺塗覆光纖、塑料光纖或光子晶體光纖。本發明與現有技術相比具有以下優點1、結構簡單、設計合理且使用靈活。2、操作方便，該光纖傳感器將多圈彈簧型構件與測試單元和處理單元配合使用， 有效實現了對較大範圍作用力進行實時準確、可靠、快速測試。3、有效防止了光纖出現過小的彎曲半徑，進而使得光纖能承受過大的彎曲應力， 大大延長了光纖的使用壽命，該光纖傳感器通過限位板的設置，防止了光纖的彎曲半徑過小，進而保證了信號光纖的壽命，提高了光纖傳感器的使用壽命。4、還具有一定的環境抗幹擾能力，靈敏度高，使用範圍廣的特點。下面通過附圖和實施例，對本發明做進一步的詳細描述。


圖1為本發明實施例1的結構示意圖。圖2為圖1中多圈彈簧型構件的結構示意圖。圖3為本發明實施例2中多圈彈簧型構件的結構示意圖。圖4為本發明實施例3中多圈彈簧型構件的結構示意圖。附圖標記說明1-傳輸光纖； 2-上變形齒； 3-下變形齒；4-彈簧絲；5-測試單元； 6-信號光纖；7-處理單元； 8-限位板。
具體實施例方式實施例1如圖1和2所示的一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，包括多圈彈簧型構件、用於測試所述多圈彈簧型構件彎曲損耗變化的測試單元5和用於處理測試單元5測試數據的處理單元7，所述多圈彈簧型構件兩端與測試單元5相接，所述測試單元5還與處理單元 7相接，所述多圈彈簧型構件由彈簧絲4螺旋繞制而成，所述彈簧絲4上表面均勻布設有上變形齒2，所述彈簧絲4下表面均勻布設有下變形齒3，所述上變形齒2和下變形齒3在彈簧絲4上呈對稱布設，且每相鄰兩圈彈簧絲4下變形齒3和上變形齒2交錯對應，每相鄰兩圈彈簧絲4下變形齒3與上變形齒2之間設置有信號光纖6，所述信號光纖6與測試單元5 相接；每相鄰兩圈彈簧絲4之間設置有限位板8，所述限位板8 一端與所述彈簧絲4固定連接，所述限位板8另一端與其相對的所述彈簧絲4之間有預設距離。本實施例中，所述限位板8為條形限位板，且所述限位板8上設置有供信號光纖6 穿過的通道；所述信號光纖6通過傳輸光纖1與測試單元5相接。所述信號光纖6為緊套光纖、碳塗覆光纖、聚醯亞胺塗覆光纖、塑料光纖或光子晶體光纖。所述限位板8另一端與其相對的所述彈簧絲4之間的預設距離為兩個相鄰彈簧絲靠近或疏遠的最大值，使得相鄰兩圈彈簧絲4在壓力下壓縮至限位板的高度時就不能再壓縮了，這樣防止了信號光纖6的彎曲半徑過小而影響其使用壽命，進而保證了該光纖傳感器的使用壽命在設計要求之內。工作時，當多圈彈簧型構件的兩端受應力作用兩端位置改變時，如多圈彈簧型構件在拉應力下伸長或在壓應力下縮短時，則構成多圈彈簧型構件中相鄰兩圈的彈簧絲4之間距離拉大或縮小，從而使彈簧絲4中的上變形齒2與下變形齒3之間的增大或減小，變形齒2與下變形齒3之間的增大或減小使得信號光纖6的彎曲曲率減小或增大，信號光纖6 的彎曲曲率減小或增大使得信號光纖6中的傳輸光信號功率增大或減少，該變化通過測試單元5進行測試，而後經處理單元7對測試的數據進行處理。其中，測試單元5可以是光源和光功率計，也可以選用光時域反射技術(OTDR)及相干頻率調製連續波技術(FMCW)來實現準分布式或分布式測量。實施例2如圖3所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述限位板8為U型限位板。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例三如圖4所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述限位板8為雙F字型限位板， 所述雙F字型限位板中的一個為F字型鏡像，且兩個F字型限位板的下端相連接。該限位板不僅能防止彈簧絲4的過度壓縮，也可以防止彈簧絲4的過度拉伸。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於包括多圈彈簧型構件、用於測試所述多圈彈簧型構件彎曲損耗變化的測試單元( 和用於處理測試單元( 測試數據的處理單元(7)，所述多圈彈簧型構件兩端與測試單元( 相接，所述測試單元( 還與處理單元(7)相接，所述多圈彈簧型構件由彈簧絲(4)螺旋繞制而成，所述彈簧絲(4)上表面均勻布設有上變形齒O)，所述彈簧絲(4)下表面均勻布設有下變形齒(3)，所述上變形齒O) 和下變形齒( 在彈簧絲(4)上呈對稱布設，且每相鄰兩圈彈簧絲(4)下變形齒( 和上變形齒( 交錯對應，每相鄰兩圈彈簧絲(4)下變形齒(3)與上變形齒( 之間設置有信號光纖(6)，所述信號光纖(6)與測試單元( 相接；每相鄰兩圈彈簧絲(4)之間設置有限位板(8)，所述限位板⑶一端與所述彈簧絲⑷固定連接，所述限位板⑶另一端與其相對的所述彈簧絲(4)之間有預設距離。
2.按照權利要求1所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述限位板 (8)為條形限位板、U型限位板或F型限位板。
3.按照權利要求2所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述F型限位板為F型透鏡，且相鄰F型限位板下端相連接。
4.按照權利要求1或2所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述限位板(8)上設置有供信號光纖(6)穿過的通道。
5.按照權利要求1所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述信號光纖(6)通過傳輸光纖(1)與測試單元( 相接。
6.按照權利要求1所述的具有限位板的彈簧型光纖傳感器，其特徵在於所述信號光纖(6)為緊套光纖、碳塗覆光纖、聚醯亞胺塗覆光纖、塑料光纖或光子晶體光纖。
全文摘要
本發明公開了一種具有限位板的彈簧型光纖傳感器，包括多圈彈簧型構件、用於測試多圈彈簧型構件彎曲損耗變化的測試單元和用於處理測試單元測試數據的處理單元，多圈彈簧型構件兩端與測試單元相接，測試單元還與處理單元相接，多圈彈簧型構件由彈簧絲螺旋繞制而成，彈簧絲上表面均勻布設有上變形齒，彈簧絲下表面均勻布設有下變形齒，上變形齒和下變形齒在彈簧絲上呈對稱布設，且每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒和上變形齒交錯對應，每相鄰兩圈彈簧絲下變形齒與上變形齒之間設置有信號光纖；每相鄰兩圈彈簧絲之間兩側對稱設置有限位板。本發明具有以下特點結構設計合理，操作方便，能承受較大彎曲應力，使用壽命長。
文檔編號G01D5/353GK102478412SQ201010558429
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司