專利名稱：一種光纖應(yīng)變盤及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖應(yīng)變盤制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖應(yīng)變盤及其 制作方法。利用該方法制作的光纖應(yīng)變盤可以用于設(shè)計(jì)、制作光纖傳感器。 該方法簡(jiǎn)單可行、易操作，制作的平面光纖應(yīng)變盤可以根據(jù)具體測(cè)量目標(biāo) 進(jìn)行基體材料、幾何尺寸、安裝方式等方面進(jìn)行改進(jìn)，用于對(duì)壓力(包括 液壓、聲壓、水聲壓、油氣田井壓)、振動(dòng)等信號(hào)進(jìn)行精密的檢測(cè)和計(jì)量。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的壓力傳感器是在充當(dāng)彈性換能器件的平膜片上粘貼應(yīng)變計(jì)，在 外界信號(hào)如壓力等作用下，膜片產(chǎn)生相應(yīng)的撓曲，即膜片上不同位置產(chǎn)生 相應(yīng)的應(yīng)變，進(jìn)而帶動(dòng)用粘貼等方法固化在上面的應(yīng)變計(jì)，通過(guò)檢測(cè)應(yīng)變 計(jì)即可反推外界壓力的大小。已知傳統(tǒng)傳感器所用的應(yīng)變計(jì)一般是電阻式、硅壓阻等方式。這些發(fā) 方法有著下述種種不足之處1. 電絕緣性能差2. 強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)下不能正常工作3. 用于特殊場(chǎng)所如油庫(kù)等會(huì)誘發(fā)不安全因素光纖傳感技術(shù)可以在提供精確的測(cè)量同時(shí)避免上述的種種不足之處。
光纖傳感技術(shù)是現(xiàn)代通信的產(chǎn)物，是隨著光纖及通信技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā) 展起來(lái)的一門嶄新技術(shù)。光在傳輸過(guò)程中，光纖易受到外界環(huán)境的影響， 如溫度、壓力等，從而導(dǎo)致傳輸光的強(qiáng)度、相位、頻率、偏振態(tài)等光波量 發(fā)生變化，從而通過(guò)監(jiān)測(cè)這些量的變化可以獲得相應(yīng)的物理量。光纖傳感 器具有下列特點(diǎn)-1. 不受潮濕環(huán)境影響，能避免電磁場(chǎng)的干擾，電絕緣性好；2. 耐久性好，具有抵抗包括高溫在內(nèi)的惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕的能力；3. 質(zhì)量輕，體積小，對(duì)結(jié)構(gòu)影響小，易于布設(shè)；4. 光纖傳輸信號(hào)衰減小，易于組網(wǎng)復(fù)用，便于陣列應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn) 用于振動(dòng)、壓力測(cè)量的干涉式光纖傳感器，通過(guò)不同的彈性換能元件將外界信號(hào)如振動(dòng)加速信號(hào)高效的轉(zhuǎn)化為光纖內(nèi)傳輸信號(hào)的相位變化，再 通過(guò)干涉的方法將相位的變化轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)的變化，最終實(shí)現(xiàn)信號(hào)的還原。 實(shí)現(xiàn)這種功能的主要有兩種方式，如芯軸式(如文獻(xiàn)A 3-component fiber-optic accelerometer for well logging, Optics Communications 234 (2004) 153—162)和盤片式(如文獻(xiàn)High-Responsivity Fiber-Optic Flexural Disk Accele薩eters JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 18, NO. 9, SEPTEMBER 2000)兩種。區(qū)別于芯軸式在一個(gè)彈性桶或者彈性柱上纏繞光纖，盤片式光纖傳感 器核心元件采用平面螺旋狀的光纖盤，即光纖應(yīng)變盤。此類傳感器的特點(diǎn) 不僅僅有上述光纖傳感的特點(diǎn)如動(dòng)態(tài)范圍大、精度高外，制成的傳感器體 積更加小巧，質(zhì)量輕，厚度僅有幾個(gè)毫米，且粘貼光纖的盤片一般采用金 屬材料，相對(duì)于芯軸式彈性材料(一般為橡膠等其他非金屬材料，材料的
力學(xué)性能受溫度等外界環(huán)境變化的影響大)，在溫度發(fā)生大幅變化情況下 碟片式傳感器仍然能夠正常工作，因此具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，在某些?chǎng)合 替代傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。但是，怎樣將幾米、數(shù)十米甚至上百米的光纖緊密的形成一個(gè)致密的 螺旋光纖盤并固定于換能器上成為擺在廣大工程設(shè)計(jì)人員面前的難題，且 在平面上粘貼致密螺旋狀的光纖盤的技術(shù)還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)報(bào)道，這也勢(shì)必影 響了盤片式傳感器發(fā)展步伐。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種制作光纖應(yīng)變盤的方法， 以解決將光纖緊密的形成一個(gè)致密的螺旋光纖盤并固定于換能器的難題。 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種光纖應(yīng)變盤。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種制作光纖應(yīng)變盤的方法，該 方法包括A、 計(jì)算所需要的光纖長(zhǎng)度和所需要盤繞區(qū)域的尺寸，在帶有黏性的 底板上標(biāo)記待纏繞區(qū)域的內(nèi)外邊沿線；B、 將光纖依照一定的走向沿內(nèi)邊沿線放上，邊放邊施加一定的力將 光纖粘接并固定在內(nèi)邊沿線上，直到光纖布滿整個(gè)內(nèi)邊沿線一圈，形成光 纖盤的最內(nèi)圈； C、 繼續(xù)將待纏繞光纖緊靠最內(nèi)圈相切放下并同樣施加一定的力使光 纖粘貼在黏性底板上，直到光纖布滿從內(nèi)環(huán)數(shù)第二圈，依此反復(fù)進(jìn)行，直到將預(yù)定長(zhǎng)度的光纖纏繞完畢；D、 用黏合劑將上述纏繞好的光纖盤和用于換能的彈性元件粘貼在一 起，固化后去掉黏性底板，制成用作彈性敏感元件的光纖應(yīng)變盤。步驟A中所述計(jì)算所需要的光纖長(zhǎng)度和所需要盤繞區(qū)域的尺寸根據(jù) 實(shí)際測(cè)量任務(wù)需要進(jìn)行確定，所述待纏繞區(qū)域?yàn)閳A形、圓角矩形、橢圓形 或跑道形。所述步驟A進(jìn)一步包括在黏性底板纏繞區(qū)域的內(nèi)邊沿線上開(kāi)一個(gè)小 孔，用于預(yù)留尾纖并固定第一圈光纖；然后將尾纖先后穿過(guò)黏性底板的小 孔和基座的中孔，并預(yù)留適當(dāng)長(zhǎng)度，將固定有螺旋狀光纖盤的黏性底板放 置到基座中央，在基座下方固定尾纖；而后將黏性底板固定于基座上。步驟B中所述一定的走向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较?。步驟D中所述黏合劑的粘接強(qiáng)度大于黏性底板的粘接強(qiáng)度。 步驟D中所述彈性元件為彈性應(yīng)變片。為達(dá)到上述一個(gè)目的，本發(fā)明提供了一種光纖應(yīng)變盤，該光纖應(yīng)變盤 包括光纖盤和由基體材料制成的換能機(jī)構(gòu)，所述光纖盤和換能機(jī)構(gòu)之間存 在有效的應(yīng)變傳遞能力。所述換能機(jī)構(gòu)為彈性盤，起換能作用。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法，不需要復(fù)雜的機(jī)械纏 繞裝置，簡(jiǎn)單可行、易操作，制作的平面光纖應(yīng)變盤可以根據(jù)具體測(cè)量目 標(biāo)進(jìn)行基體材料、幾何尺寸、安裝方式等方面進(jìn)行改進(jìn)，用于對(duì)壓力(包 括液壓、聲壓、水聲壓、油氣田井壓)、振動(dòng)等信號(hào)進(jìn)行精密的檢測(cè)和計(jì) 量，解決了將光纖緊密的形成一個(gè)致密的螺旋光纖盤并固定于換能器的難 題。
2、 本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法，能夠制作將外界信號(hào) (如各種壓力、振動(dòng)等)轉(zhuǎn)化為光纖應(yīng)變的薄平板結(jié)構(gòu)。
3、 利用本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法制作的光纖應(yīng)變盤， 不局限于圓形，還可以根據(jù)需要制成圓角矩形、橢圓形、跑道形等。
4、 利用本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法制作的光纖應(yīng)變盤， 不受大小限制，根據(jù)使用目的可以制作任意大小的光纖應(yīng)變盤，應(yīng)用于不 同的靈敏度和頻響范圍。
5、 利用本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法制作的光纖應(yīng)變盤， 可以方便的進(jìn)行組合，如形成推挽結(jié)構(gòu)，可消除外界環(huán)境噪聲影響又能增 加靈敏度。
6、 利用本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法制作的光纖應(yīng)變盤， 可以方便的進(jìn)行多個(gè)級(jí)聯(lián)，用于靈敏度的倍增。
7、 利用本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法制作的光纖應(yīng)變盤， 可以方便的進(jìn)行改進(jìn)，如在應(yīng)變盤上適當(dāng)?shù)奈恢眉友b質(zhì)量塊等，用以改變 系統(tǒng)的靈敏度和響應(yīng)頻率。
8、 利用本發(fā)明提供的這種制作光纖應(yīng)變盤的方法制作的光纖應(yīng)變盤，
使用范圍廣，可以作為彈性敏感元件用于多種光纖傳感器中。


圖1為本發(fā)明提供的制作光纖應(yīng)變盤總體技術(shù)方案的方法流程圖； 圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例用于固定黏性底板的基座的俯視圖； 圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例用于固定黏性底板的基座的側(cè)視圖； 圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例從內(nèi)向外纏繞光纖第一圈的示意圖； 圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例從內(nèi)向外纏繞光纖第n圈的示意圖； 圖6為依照本發(fā)明實(shí)施例光纖在黏性底板上纏繞完畢后的示意圖；圖7為依照本發(fā)明實(shí)施例制成的用于彈性應(yīng)變的光纖盤的示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的制作光纖應(yīng)變盤總體技術(shù)方案的方法流程圖，該方法包括以下步驟步驟101:計(jì)算所需要的光纖長(zhǎng)度和所需要盤繞區(qū)域的尺寸，在帶有 黏性的底板上標(biāo)記待纏繞區(qū)域的內(nèi)外邊沿線；步驟102:將光纖依照一定的走向沿內(nèi)邊沿線放上，邊放邊施加一定 的力將光纖固定并粘接在內(nèi)邊沿線上，直到光纖布滿整個(gè)內(nèi)邊沿線一圈， 形成光纖盤的最內(nèi)圈；步驟103:繼續(xù)將待纏繞光纖緊靠最內(nèi)圈相切放下并同樣施加一定的 力使光纖粘貼在黏性底板上，直到光纖布滿從內(nèi)環(huán)數(shù)第二圈，依此反復(fù)進(jìn) 行，直到將預(yù)定長(zhǎng)度的光纖纏繞完畢；步驟104:用黏合劑將上述纏繞好的光纖盤和用于換能的彈性元件粘 貼在一起，固化后去掉黏性底板，制成用作彈性敏感元件的光纖應(yīng)變盤?；趫D1所述的制作光纖應(yīng)變盤總體技術(shù)方案的方法流程圖，以下結(jié) 合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制作光纖應(yīng)變盤的方法進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例在本實(shí)施例中，以圓形光纖盤為例，結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供 的制作光纖應(yīng)變盤的詳細(xì)方法和步驟。在實(shí)際應(yīng)用中，光纖盤的形狀不局 限于圓形，還可以根據(jù)需要制成圓角矩形、橢圓形、跑道形等。步驟1、準(zhǔn)備工作首先根據(jù)測(cè)量任務(wù)的需要計(jì)算所需要的粘貼區(qū)域的大小并在黏性底 板上做標(biāo)記內(nèi)外邊沿線5、 11，即光纖環(huán)的內(nèi)外半徑，且在待纏繞區(qū)域的 內(nèi)邊沿打一小孔7，以方便預(yù)留尾纖9，并起到固定第一圈光纖的作用。步驟2、處理具有黏性的底板將尾纖9先后穿過(guò)黏性底板的小孔7和基座的中孔2，并預(yù)留適當(dāng)長(zhǎng) 度以方便同其他器件的連接。將固定有螺旋狀光纖盤的黏性底板4放置到 基座1中央，在基座1下方固定尾纖9;而后將黏性底板4固定于基座1 上，方便后續(xù)的纏繞、粘接、固化。其中，圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例用于 固定黏性底板的基座的俯視圖，圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例用于固定黏性底 板的基座的側(cè)視圖。 步驟3、盤繞光纖如圖4所示，將光纖從黏性底板4上的小孔7處開(kāi)始，按照一定方向(如逆時(shí)針?lè)较?，?dāng)然也可以為順時(shí)針?lè)较?，逐段放置在待盤繞區(qū)域的內(nèi)邊沿線5上，同時(shí)施加一定的力使已經(jīng)放置在邊沿線上的光纖能夠緊緊的粘貼在黏性底板4上，反復(fù)操作直到第一圈光纖形成一個(gè)圓；然后，如 圖5所示，再將剩余光纖緊靠第一圈已經(jīng)粘貼好的光纖逐段放下，并施加 一定的力使光纖能夠緊緊粘貼在黏性底板4上，直到第二圈、第三圈等直到將光纖盤繞完畢并固定尾纖于基座1上。光纖在黏性底板上纏繞完畢后的示意圖如圖6所示。 步驟4、粘貼光纖盤在已經(jīng)盤繞完畢的光纖盤6和彈性應(yīng)變片10上相應(yīng)部位涂黏合劑， 將兩部分對(duì)準(zhǔn)、粘合。所述黏合劑的粘接強(qiáng)度遠(yuǎn)大于黏性底板的粘接強(qiáng)度， 彈性應(yīng)變片即為彈性換能元件。步驟5、固化，去黏性底板在黏合劑固化完畢后，釋放步驟2中固定在基座1下的尾纖9，去掉 黏性底板4。即制成具有將外界信號(hào)轉(zhuǎn)化為光纖應(yīng)變的光纖應(yīng)變盤(即粘 貼有光纖盤的應(yīng)變片)。制成的用于彈性應(yīng)變的光纖盤的示意圖如圖7所示。從上述的操作過(guò)程可以看出，該方法步工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)。 再參照?qǐng)D7，本發(fā)明提供的光纖應(yīng)變盤包括光纖盤和由基體材料制成的換能機(jī)構(gòu)，所述光纖盤和換能機(jī)構(gòu)之間存在有效的應(yīng)變傳遞能力。所述換能機(jī)構(gòu)為彈性盤，起換能作用。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種制作光纖應(yīng)變盤的方法，其特征在于，該方法包括A、計(jì)算所需要的光纖長(zhǎng)度和所需要盤繞區(qū)域的尺寸，在帶有黏性的底板上標(biāo)記待纏繞區(qū)域的內(nèi)外邊沿線；B、將光纖依照一定的走向沿內(nèi)邊沿線放上，邊放邊施加一定的力將光纖粘接并固定在內(nèi)邊沿線上，直到光纖布滿整個(gè)內(nèi)邊沿線一圈，形成光纖盤的最內(nèi)圈；C、繼續(xù)將待纏繞光纖緊靠最內(nèi)圈相切放下并同樣施加一定的力使光纖粘貼在黏性底板上，直到光纖布滿從內(nèi)環(huán)數(shù)第二圈，依此反復(fù)進(jìn)行，直到將預(yù)定長(zhǎng)度的光纖纏繞完畢；D、用黏合劑將上述纏繞好的光纖盤和用于換能的彈性元件粘貼在一起，固化后去掉黏性底板，制成用作彈性敏感元件的光纖應(yīng)變盤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作光纖應(yīng)變盤的方法，其特征在于，步 驟A中所述計(jì)算所需要的光纖長(zhǎng)度和所需要盤繞區(qū)域的尺寸根據(jù)實(shí)際測(cè) 量任務(wù)需要進(jìn)行確定，所述待纏繞區(qū)域?yàn)閳A形、圓角矩形、橢圓形或跑道 形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作光纖應(yīng)變盤的方法，其特征在于，所 述步驟A進(jìn)一步包括在黏性底板纏繞區(qū)域的內(nèi)邊沿線上開(kāi)一個(gè)小孔，用于預(yù)留尾纖并固定第一圈光纖；然后將尾纖先后穿過(guò)黏性底板的小孔和基座的中孔，并預(yù)留 適當(dāng)長(zhǎng)度，將固定有螺旋狀光纖盤的黏性底板放置到基座中央，在基座下 方固定尾纖；而后將黏性底板固定于基座上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作光纖應(yīng)變盤的方法，其特征在于，步 驟B中所述一定的走向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较颉?br> 5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作光纖應(yīng)變盤的方法，其特征在于，步驟D中所述黏合劑的粘接強(qiáng)度大于黏性底板的粘接強(qiáng)度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作光纖應(yīng)變盤的方法，其特征在于，步 驟D中所述彈性元件為彈性應(yīng)變片。
7、 一種光纖應(yīng)變盤，其特征在于，該光纖應(yīng)變盤包括光纖盤和由基 體材料制成的換能機(jī)構(gòu)，所述光纖盤和換能機(jī)構(gòu)之間存在有效的應(yīng)變傳遞 能力。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖應(yīng)變盤，其特征在于，所述換能機(jī)構(gòu) 為彈性盤，起換能作用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制作光纖應(yīng)變盤的方法，包括A.計(jì)算所需要的光纖長(zhǎng)度和所需要盤繞區(qū)域的尺寸，標(biāo)記待纏繞區(qū)域的內(nèi)外邊沿線；B.將光纖依照一定的走向沿內(nèi)邊沿線放上，將光纖粘接并固定在內(nèi)邊沿線上，直到光纖布滿整個(gè)內(nèi)邊沿線一圈，形成光纖盤的最內(nèi)圈；C.繼續(xù)將待纏繞光纖緊靠最內(nèi)圈相切放下使光纖粘貼在黏性底板上，直到光纖布滿從內(nèi)環(huán)數(shù)第二圈，依此反復(fù)進(jìn)行，直到將預(yù)定長(zhǎng)度的光纖纏繞完畢；D.用黏合劑將上述纏繞好的光纖盤和用于換能的彈性元件粘貼在一起，固化后去掉黏性底板，制成用作彈性敏感元件的光纖應(yīng)變盤。本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)了一種光纖應(yīng)變盤。利用本發(fā)明，解決了將光纖緊密的形成一個(gè)致密的螺旋光纖盤并固定于換能器的難題。
文檔編號(hào)G01D5/26GK101210833SQ200610171659
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者劉育梁, 芳 李, 王永杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所