專利名稱：光纖雙向應變－位移傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖雙向應變-位移傳感器，屬光電子器件技術領域。
技術背景傳統用于建筑結構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定、導線長度短、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、對環境要求嚴格等缺點。新出現的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，使其變形而導致光纖的輸出功率產生變化，從而測定物體的應變量；該傳感器的端光纖在施加力或力矩時兩端的側面是不受力的，而是通過自由懸垂光纖的變形實現對光纖彎曲損耗的控制，因而具有成本低、適應性強的優點。但該傳感器只適用于壓縮變形，若欲獲取拉伸變形，就必須先預彎傳感段光纖，由此會不可避免地導致光信號損耗和量程的降低。
發明內容
本實用新型的目的在于解決現有光纖傳感器件預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變-位移傳感器，本實用新型的技術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，如環氧樹脂。
當檢測對象發生形變時，粘貼在檢測對象上的光纖雙向應變-位移傳感器的敏感基片自由端隨之發生位移變化。當基片受拉時，拉敏區的間距減小，位于該區的自由懸垂光纖變彎；與此同時，壓敏區的間距增大，光纖被拉直。反過來，當基片受壓時，壓敏區的間距減小，位于該區的自由懸垂光纖變彎；與此同時，拉敏區的間距增大，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的結構，一個用于測量拉伸的拉敏區，一個用于測量壓縮的壓敏區，因此解決了光纖預彎損耗和量程降低的問題，并還具有以下優點1.模塊性強該傳感器基于簡單的光強調制原理，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，實現檢測信號的自定標，為絕對測量模式。
3.結構簡單、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、壓應變區的引入，使檢測量程加大了一倍，可對結構裂縫進行實時檢測。
圖1為本實用新型結構示意圖，1“L”型敏感基片，2拉敏區的自由懸垂光纖，3延時光纖，4壓敏區的自由懸垂光纖，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
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
例1如圖1所示，該光纖雙向應變-位移傳感器包括相互配合的“L”型和“F”型光纖應變敏感基片(1)、(6)，以及用環氧樹脂粘貼在光纖應變基片(銅片)上的光纖(5)；光纖(5)的中段粘貼在光纖應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)，拉敏區的長度為dt、壓敏區的長度為dc，即敏感基片凸起端頭或光纖粘接點之間的間距。通常粘貼于拉敏區和壓敏區的自由懸垂光纖的長度為lt(＞dt)和lc(＞dc)，當被測的物體發生應變或形變時，粘貼在物體上的傳感器敏感基片就會隨著被測物產生相應的伸縮變化，并帶動粘貼于其端頭上的光纖發生彎曲(如圖2、3所示)，從而形成一種損耗調制的光纖傳感器。
在光纖兩端分別接入LED光源和光功率計，就可實現光纖傳感器的點式測量。通過對實驗數據平均值的擬合，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變-位移傳感器的一端；2.將光功率計接入光纖雙向應變-位移傳感器的另一端；3.根據上述公式，由光功率計的讀數確定出位移參量。
例2如圖1所示，該光纖雙向應變-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。通過對實驗數據平均值的擬合，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.將光纖雙向應變-位移傳感器的一端光纖接入OTDR；2.對傳感器的時分復用進行地址編碼，確定取樣位置；3.根據上述公式，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、壓應變。
權利要求1.一種光纖雙向應變-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.根據權利要求1所述的光纖雙向應變-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變－位移傳感器，屬光電子器件技術領域。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，結構簡單、易于制作，量程大等優點。
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 優先權日2004年11月25日
發明者李川 申請人:昆明理工大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
