專利名稱：一種光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)由于其無電工作，本征免電磁干擾，可長(zhǎng)距探測(cè)以及耐惡劣環(huán)境的 優(yōu)點(diǎn)，愈來愈廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)和軍事領(lǐng)域。隨著光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，作為該技術(shù)領(lǐng)域 重要角色的各種光纖應(yīng)變傳感器不斷出現(xiàn)，但其應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)主要有以下幾種一)片式結(jié)構(gòu)，如金屬片、膠片、復(fù)合材料片等，公開號(hào)為CN2550719Y、 CN2706738Y、CN2627460Y的專利公開了這種結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，但彈性范圍小，線性 差，且作為產(chǎn)品或元件，重復(fù)檢驗(yàn)測(cè)試?yán)щy。二)毛細(xì)管式結(jié)構(gòu)，如各種金屬毛細(xì)管、復(fù)合材料管等，公開號(hào)為CN2549430Y、 CN2706739Y、US6047094的專利公開了這種結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)亦可分為三種一種是將光纖敏 感單元，如光纖光柵直接膠固于毛細(xì)管內(nèi)，與毛細(xì)管一同感受應(yīng)變。其與片式結(jié)構(gòu)一樣，彈 性范圍受限于毛細(xì)管材料，一般較小，且線性差。另一種結(jié)構(gòu)是，將光纖敏感單元張拉懸置 于毛細(xì)管內(nèi)，光纖兩側(cè)膠固定于毛細(xì)管內(nèi)。這一結(jié)構(gòu)線性好，但彈性范圍仍受限于毛細(xì)管材 料。此外公開號(hào)為CN1316227C的中國(guó)發(fā)明專利提出了一種將光纖光柵毛細(xì)管應(yīng)變傳感器 與彈簧串聯(lián)構(gòu)成的位移傳感器，其結(jié)構(gòu)若作為應(yīng)變傳感器，彈性范圍雖然增大了，但仍受限 于毛細(xì)管式結(jié)構(gòu)，以及串聯(lián)引起的非線性誤差。第三種結(jié)構(gòu)，如公開號(hào)為US6047094的美國(guó) 專利，采用復(fù)合材料將光纖敏感單元包裹其中，彈性范圍改善較大，但線性較差。三)梁式結(jié)構(gòu)，如公開號(hào)為US0236559A1的美國(guó)專利，公開號(hào)為CN2720406Y， CN2705777的中國(guó)專利。這一類結(jié)構(gòu)，在彈性范圍和線性方面均有所改善，但存在易于疲勞 的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種彈性范圍大、線性好、耐疲勞的光纖應(yīng) 變敏感結(jié)構(gòu)及其制造方法。為解決上述問題，本發(fā)明的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)包括順序固定連接的左光纖固定 座、彈簧和右光纖固定座，左光纖固定座開設(shè)有左右相通的第一通孔，右光纖固定座開設(shè)有 左右相通的第二通孔，光纖穿過左光纖固定座的第一通孔、彈簧和右光纖固定座的第二通 孔，光纖經(jīng)過張拉后固定在左、右光纖固定座上，光纖上的光纖應(yīng)變敏感單元位于彈簧中。進(jìn)一步的，本發(fā)明的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)還包括有由光纖穿過并與光纖膠粘的左光 纖固定毛細(xì)管與右光纖固定毛細(xì)管，其中，左光纖固定毛細(xì)管安置并固定于左光纖固定座 的第一通孔中，右光纖固定毛細(xì)管安置并固定于右光纖固定座的第二通孔中。所述的左光纖固定座通過螺絲固定或膠接固定的方式將左光纖固定毛細(xì)管固定 于第一通孔中；所述的右光纖固定座通過螺絲固定或膠接固定的方式將右光纖固定毛細(xì)管 固定于第二通孔中。
在左光纖固定座的第一通孔向外開通有第一螺絲孔，所述的第一螺絲孔與左光纖 固定毛細(xì)管的位置相對(duì)應(yīng)；在右光纖固定座的第二通孔向外開通有第二螺絲孔，所述的第 二螺絲孔與右光纖固定毛細(xì)管的位置相對(duì)應(yīng)。所述的光纖應(yīng)變敏感單元為光纖光柵、光纖FP或光纖本身。本發(fā)明的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)的制造方法為，將具有光纖應(yīng)變敏感單元的光纖穿過 順序連接成一體的左光纖固定座、彈簧和右光纖固定座，光纖應(yīng)變敏感單元置于彈簧中，對(duì) 光纖進(jìn)行固定、張拉、再固定，制得光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，本發(fā)明的制造方法為，光纖先穿過左、右光纖固定毛細(xì)管，并與左、右光 纖固定毛細(xì)管膠粘固定后，再穿過順序連接成一體的左光纖固定座、彈簧、右光纖固定座， 使光纖應(yīng)變敏感單元置于彈簧中、左光纖固定毛細(xì)管置于左光纖固定座的第一通孔中、右 光纖固定毛細(xì)管置于右光纖固定座的第二通孔中，然后對(duì)光纖進(jìn)行固定、張拉、再固定，制 得光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。更進(jìn)一步的，本發(fā)明的制造方法的具體步驟包括1)將順序設(shè)置的左光纖固定座、彈簧、右光纖固定座固定連接成為一體，形成固定 組件；2)將設(shè)置有光纖應(yīng)變敏感單元的光纖穿過左光纖固定毛細(xì)管和右光纖固定毛細(xì) 管，以注膠方式將光纖與左、右光纖固定毛細(xì)管膠粘為一體，形成光纖組件，其中左、右光纖 固定毛細(xì)管分別位于光纖應(yīng)變敏感單元的左右兩側(cè)；3)將步驟2)的光纖組件穿過步驟1)的固定組件，使得左光纖固定毛細(xì)管位于第 一通孔內(nèi)，右光纖固定毛細(xì)管位于第二通孔內(nèi)，光纖應(yīng)變敏感單元位于彈簧內(nèi)；4)先對(duì)其中一個(gè)光纖固定座內(nèi)膠粘了光纖的光纖固定毛細(xì)管進(jìn)行固定，然后對(duì)露 出另外一個(gè)光纖固定座的光纖進(jìn)行張拉，光纖張拉后，再固定另外一個(gè)光纖固定座內(nèi)的膠 粘了光纖的光纖固定毛細(xì)管，制得光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。光纖張拉時(shí)，將光纖需張拉的一端通過滑輪連接在砝碼上，通過砝碼因自重下降 完成光纖的張拉?；蛘邔⒐饫w需張拉的一端通過人工或機(jī)械或電機(jī)拉動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)光纖的張 拉，并通過力傳感器或光譜儀或波長(zhǎng)計(jì)讀數(shù)控制光纖應(yīng)變量。本發(fā)明的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)由于其中彈簧彈力和張拉光纖回縮力的共同作用而 具有雙向拉壓應(yīng)變的特點(diǎn)，且彈性范圍大，線性好，耐疲勞，制造方法簡(jiǎn)單。并且由于采用了 彈簧這一通用元器件，在提高性能的同時(shí)，亦可降低制造成本。因此，可作為多種傳感器的 敏感元。通過不同的外部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，應(yīng)用于不同場(chǎng)合，測(cè)試各種參量，如應(yīng)變、位移、壓力


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述。圖1為本發(fā)明光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)的制造方法應(yīng)用的拉張光纖機(jī)構(gòu)示意圖；圖中的附圖標(biāo)記說明如下1.光纖，2.左光纖固定座，3.第一固定螺絲，4.左光纖 固定毛細(xì)管，5.彈簧，6.光纖應(yīng)變敏感單元，7.右光纖固定座，8.第二固定螺絲，9.右光纖 固定毛細(xì)管，11.滑輪，12.砝碼，13.第一通孔，14.第二通孔，15.第一螺絲孔，16.第二螺絲孔。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)包括設(shè)置有光纖應(yīng)變敏感單元6的光纖 1，順序設(shè)置并且彼此固定連接的左光纖固定座2、彈簧5和右光纖固定座7，左光纖固定座 2設(shè)置有左右相通的第一通孔13，右光纖固定座7設(shè)置有左右相通的第二通孔14。光纖1 以注膠方式與套在光纖1上并且分別位于光纖應(yīng)變敏感單元6左右兩側(cè)的左光纖固定毛細(xì) 管4和右光纖固定毛細(xì)管9粘結(jié)為一體形成光纖組件。該光纖組件穿過第一通孔13，彈簧 5和第二通孔14，使得左光纖固定毛細(xì)管4被安置并固定于左光纖固定座2的第一通孔13 內(nèi)，右光纖固定毛細(xì)管9被安置并固定于右光纖固定座7的第二通孔14內(nèi)，光纖應(yīng)變敏感 單元6位于彈簧5內(nèi)。左光纖固定座2與左光纖固定毛細(xì)管4之間、右光纖固定座7與右光纖固定毛細(xì) 管9之間，通過螺絲連接或膠粘接方式固定；當(dāng)采用螺絲連接固定時(shí)，左光纖固定座2上設(shè) 置有連通其第一通孔13并且與左光纖固定毛細(xì)管4的位置相對(duì)應(yīng)的第一螺絲孔15和相應(yīng) 的第一固定螺絲3，通過擰緊第一固定螺絲3將左光纖固定毛細(xì)管4壓緊固定；右光纖固定 座7上設(shè)置有連通其第二通孔14并且與右光纖固定毛細(xì)管9的位置相對(duì)應(yīng)的的第二螺絲 孔16和相應(yīng)的第二固定螺絲8，通過擰緊第二固定螺絲8將右光纖固定毛細(xì)管9壓緊固定。左光纖固定座2、彈簧5和右光纖固定座7之間的連接方式為焊接或螺絲連接或膠 粘接或上述方式的復(fù)合連接。其中，光纖1可以是單模的或多模的，可以是石英的或是Si的或是多組份的。光 纖應(yīng)變敏感單元6為光纖光柵、光纖FP或光纖本身。彈簧5可以是由圓鋼絲或扁鋼絲繞制 而成，也可以是標(biāo)準(zhǔn)壓簧或其他壓縮型彈簧或拉簧，且彈簧5的剛度足夠抵抗經(jīng)過張拉的 光纖1的張力。左光纖固定毛細(xì)管4和右光纖固定毛細(xì)管9可以是各種金屬的或陶瓷的或 玻璃的或金剛石的或?qū)毷?。本發(fā)明光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)由于其中彈簧彈力和張拉光纖回縮力的共同作用而具 有雙向拉壓應(yīng)變的特點(diǎn)，且彈性范圍大，線性好，耐疲勞。并且由于采用了彈簧這一通用元 器件，在提高性能的同時(shí)，亦可降低制造成本。因此，可作為多種傳感器的敏感元。通過不 同的外部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，應(yīng)用于不同場(chǎng)合，測(cè)試各種參量，如應(yīng)變、位移、壓力等等。本發(fā)明光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)的制造方法如下1、將順序設(shè)置的左光纖固定座2、彈簧5、右光纖固定座7通過焊接或螺接或膠接 或復(fù)合連接等方式固定連接成為一體，形成固定組件；2、將設(shè)置有光纖應(yīng)變敏感單元6的光纖1穿過并注膠牢固粘結(jié)在左光纖固定毛細(xì) 管4和右光纖固定毛細(xì)管9中，形成光纖組件，其中左光纖固定毛細(xì)管4和右光纖固定毛細(xì) 管9分別位于光纖應(yīng)變敏感單元6的左右兩側(cè)；3、將上述光纖組件穿過固定組件，保證左光纖固定毛細(xì)管4位于第一通孔13內(nèi)， 右光纖固定毛細(xì)管9位于第二通孔14內(nèi)，光纖應(yīng)變敏感單元6位于彈簧5內(nèi)；4、擰緊第一固定螺絲3將左光纖固定毛細(xì)管4壓緊固定在左光纖固定座2的第一 通孔13中。5、如圖2所示，從右光纖固定座7穿出的光纖，通過滑輪11連接在用于吊重的砝碼12上，根據(jù)吊重與光纖應(yīng)變的關(guān)系，控制達(dá)到所需要的光纖預(yù)應(yīng)變量。6、當(dāng)光纖應(yīng)變量達(dá)到所需要數(shù)值時(shí)，擰緊第二固定螺絲8將右光纖固定毛細(xì)管9 壓緊固定在右光纖固定座7的第二通孔14中，從而制成可拉壓應(yīng)變的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。本發(fā)明光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)制造方法的其它實(shí)施例中，左光纖固定毛細(xì)管和左光纖 固定座、右光纖固定毛細(xì)管和右光纖固定座各以膠接方式固定在一起，張拉光纖時(shí)不通過 砝碼，而是通過人工或機(jī)械或電機(jī)拉動(dòng)，并通過力傳感器或光譜儀或波長(zhǎng)計(jì)讀數(shù)控制光纖 應(yīng)變量。以上所述只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原 則內(nèi)所作的修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括順序固定連接的左光纖固定座、彈簧和右光纖固定座，左光纖固定座開設(shè)有左右相通的第一通孔，右光纖固定座開設(shè)有左右相通的第二通孔，光纖穿過左光纖固定座的第一通孔、彈簧和右光纖固定座的第二通孔，光纖經(jīng)過張拉后固定在左、右光纖固定座上，光纖上的光纖應(yīng)變敏感單元位于彈簧中。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括有由光纖穿過并與光 纖膠粘的左光纖固定毛細(xì)管與右光纖固定毛細(xì)管，其中，左光纖固定毛細(xì)管安置并固定于 左光纖固定座的第一通孔中，右光纖固定毛細(xì)管安置并固定 于 右光纖固定座的第二通孔 中。
3.如權(quán)利要求2所述的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的左光纖固定座通過螺 絲固定或膠接固定的方式將左光纖固定毛細(xì)管固定于第一通孔中；所述的右光纖固定座通 過螺絲固定或膠接固定的方式將右光纖固定毛細(xì)管固定于第二通孔中。
4.如權(quán)利要求3所述的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，在左光纖固定座的第一通孔 向外開通有第一螺絲孔，所述的第一螺絲孔與左光纖固定毛細(xì)管的位置相對(duì)應(yīng)；在右光纖 固定座的第二通孔向外開通有第二螺絲孔，所述的第二螺絲孔與右光纖固定毛細(xì)管的位置 相對(duì)應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的光纖應(yīng)變敏感 單元為光纖光柵、光纖FP或光纖本身。
6.一種如權(quán)利要求1至5任一所述的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，將具 有光纖應(yīng)變敏感單元的光纖穿過順序連接成一體的左光纖固定座、彈簧和右光纖固定座， 光纖應(yīng)變敏感單元置于彈簧中，對(duì)光纖進(jìn)行固定、張拉、再固定，制得光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，光纖先穿過左、右光纖固定毛細(xì)管，并 與左、右光纖固定毛細(xì)管膠粘固定后，再穿過順序連接成一體的左光纖固定座、彈簧、右光 纖固定座，使光纖應(yīng)變敏感單元置于彈簧中、左光纖固定毛細(xì)管置于左光纖固定座的第一 通孔中、右光纖固定毛細(xì)管置于右光纖固定座的第二通孔中，然后對(duì)光纖進(jìn)行固定、張拉、 再固定，制得光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，具體步驟包括1)將順序設(shè)置的左光纖固定座、彈簧、右光纖固定座固定連接成為一體，形成固定組件；2)將設(shè)置有光纖應(yīng)變敏感單元的光纖穿過左光纖固定毛細(xì)管和右光纖固定毛細(xì)管，以 注膠方式將光纖與左、右光纖固定毛細(xì)管膠粘為一體，形成光纖組件，其中左、右光纖固定 毛細(xì)管分別位于光纖應(yīng)變敏感單元的左右兩側(cè)；3)將步驟2)的光纖組件穿過步驟1)的固定組件，使得左光纖固定毛細(xì)管位于第一通 孔內(nèi)，右光纖固定毛細(xì)管位于第二通孔內(nèi)，光纖應(yīng)變敏感單元位于彈簧內(nèi)；4)先對(duì)其中一個(gè)光纖固定座內(nèi)膠粘了光纖的光纖固定毛細(xì)管進(jìn)行固定，然后對(duì)露出另 外一個(gè)光纖固定座的光纖進(jìn)行張拉，光纖張拉后，再固定另外一個(gè)光纖固定座內(nèi)的膠粘了 光纖的光纖固定毛細(xì)管，制得光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，通過滑輪連接在砝碼上，通過砝碼因自 重下降完成光纖的張拉。
10.如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，光纖張拉時(shí)，將光纖需張拉的一端通過人工或機(jī)械或電機(jī)拉動(dòng)，并通過力傳感器或光譜儀或波長(zhǎng)計(jì)讀數(shù)控制光纖應(yīng)變量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)及其制造方法，該光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)包括順序固定連接的左光纖固定座、彈簧和右光纖固定座，左光纖固定座開設(shè)有左右相通的第一通孔，右光纖固定座開設(shè)有左右相通的第二通孔，光纖穿過左光纖固定座的第一通孔、彈簧和右光纖固定座的第二通孔，光纖經(jīng)過張拉后固定在左、右光纖固定座上，光纖上的光纖應(yīng)變敏感單元位于彈簧中。本發(fā)明的光纖應(yīng)變敏感結(jié)構(gòu)具有雙向拉壓應(yīng)變的特點(diǎn)，且彈性范圍大，線性好，耐疲勞，制造方法簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)G02B6/36GK101963493SQ20091005763
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者何唯平, 張 杰, 錢洪衛(wèi), 陸宗源 申請(qǐng)人:上海啟鵬化工有限公司;深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司;深圳海川工程科技有限公司;河源海川科技有限公司