專利名稱：具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖應(yīng)力傳感裝置，尤其是涉及一種具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置。
背景技術(shù)：
波紋管的用途非常廣泛，波紋管是縱向可以形變，側(cè)向基本不形變的彈性元件，在傳感方面，可用于各類測量、調(diào)節(jié)、控制以及傳感儀器的敏感元件、補償元件、連接件和密封件等；作為膨脹節(jié)的柔性段，可用于補償管路因溫差造成的軸向、橫向和角位移，也可以在管路中用于補償位置偏差和吸收管道的振動等?？梢钥闯觯y管作為傳感裝置中的關(guān)鍵元件，可以適應(yīng)多種實際環(huán)境中。在現(xiàn)有的報道中波紋管常用于制作壓力傳感器，由于其主要通過霍爾效應(yīng)來實現(xiàn)待測量的感測，所以其缺點主要是容易受電磁干擾、不易遠距離傳輸數(shù)據(jù)，精度低，性能差。 而光纖類傳感裝置相對傳統(tǒng)傳感器有諸多優(yōu)點，如《光學(xué)學(xué)報》2004,24( 第187-189頁， 刊載了文章《高靈敏度的光纖光柵壓強傳感器》，其介紹了一種用金屬波紋管封裝光纖光柵的壓力傳感的結(jié)構(gòu)，該傳感器具有精度高、易于遠程獲取數(shù)據(jù)、抗電磁干擾等多個優(yōu)點。然而，光纖光柵類型傳感器的也存在以下缺點1)動態(tài)范圍小，光纖光柵一般是經(jīng)紫外線曝光的裸光纖制成，其強度值較低，變形能力小，導(dǎo)致動態(tài)范圍小；另外，需良好的封裝才能使用，而封裝成本較高；幻測試設(shè)備成本高，需要價格較高的光波長解調(diào)設(shè)備配套使用，而光波長解調(diào)設(shè)備成本高昂，限制了該傳感器的廣泛使用。而光纖微彎傳感器是一種光強度調(diào)制的傳感器，具有成本低、靈敏度高且對環(huán)境有一定的抗干擾能力的特點，其實現(xiàn)方案是基于光纖的彎曲或微彎損耗來實現(xiàn)的，通過改變光纖的彎曲程度，從而導(dǎo)致輸出光功率的變化。光功率損耗的原理是當(dāng)光纖受到彎曲擾動的時候，將會產(chǎn)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于光纖彎曲時導(dǎo)致纖芯中的部分導(dǎo)模耦合至包層引起的，兩者損耗可以根據(jù)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，Pott為輸出光功率，Pin為輸入光功率，Y是彎曲損耗系數(shù)，S為彎曲弧長?？梢钥闯龉饫w的彎曲損耗系數(shù)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(dǎo)致光纖壽命大幅度減少，影響傳感器的使用壽命，所以實際應(yīng)用中光纖的彎曲半徑是受限制的；另一方面，在相同的彎曲損耗系數(shù)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傳感器的動態(tài)范圍和精度的目的。中國專利87107210提供的方案是以光纖的微彎損耗為主的來實現(xiàn)微彎光纖應(yīng)力計，但由于其是通過兩塊平板來實現(xiàn)的，平板的尺寸不可能太大，使可以彎曲的光纖長度受到限制，妨礙了該類光纖傳感器的動態(tài)范圍和精度的提高。另外兩塊板相對運動的可調(diào)節(jié)距離最大只有數(shù)百微米，且運動時兩塊板須保持基本的平行，所以此類傳感器對調(diào)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)有較高的要求，不僅增加了實施成本，同樣也限制了該類光纖傳感器的動態(tài)范圍和
3精度的提高，同時由于彎曲應(yīng)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(yīng)力也是一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且加工制作方便，能有效實現(xiàn)較大范圍作用力的實時、準確、可靠且快速測試，同時保證了信號光纖的使用壽命，進而提高了整個裝置的使用性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，包括波紋管，其特征在于所述波紋管的管壁內(nèi)側(cè)下凹處對稱設(shè)置有變形齒一和變形齒二，所述變形齒一位于內(nèi)管壁的一側(cè)，所述變形齒二位于內(nèi)管壁的另一側(cè)，所述變形齒一和變形齒二呈均勻間隔布設(shè)，所述變形齒一與變形齒二之間設(shè)置有信號光纖， 所述信號光纖與用于測試其彎曲損耗變化的測試單元相接，所述測試單元還與用于處理測試單元測試數(shù)據(jù)的處理單元相接，所述測試單元和處理單元均位于波紋管外；所述管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)之間設(shè)置有限位板，所述限位板一端固定于管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的一側(cè)， 所述限位板另一端與管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的另一側(cè)之間有預(yù)設(shè)距離。上述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述限位板上設(shè)置有用于信號光纖穿過的通道。上述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述信號光纖通過延長光纖與測試單元相接。上述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述限位板為V 形限位板。上述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述延長光纖和信號光纖的外部均包覆有防水材料。上述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述防水材料為防水油膏。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、形式多樣且加工制作方便，該傳感裝置的信號光纖與用于測試信號光纖彎曲損耗變化的測試單元相接，測試單元還與用于處理測試單元測試數(shù)據(jù)的處理單元相接，管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)之間設(shè)置有限位板。2、使用操作簡便，通過波紋管與測試單元和處理單元的配合使用，實現(xiàn)了對較大范圍作用力進行實時、準確、可靠且快速測試。3、通過設(shè)置的限位板，防止了因波紋管彎曲過度對信號光纖造成的損壞，進而保證了信號光纖的使用壽命，進而提高了整個裝置的使用性能。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A處放大結(jié)構(gòu)示意圖一。
圖3為圖1的A處放大結(jié)構(gòu)示意圖二。附圖標(biāo)記說明1-延長光纖； 2-管壁；3-變形齒一；4-變形齒二； 5-測試單元；6-信號光纖；7-處理單元； 8-波紋管； 9-限位板。
具體實施例方式如圖1和2所示的一種具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，包括波紋管8， 所述波紋管8的管壁2內(nèi)側(cè)下凹處對稱設(shè)置有變形齒一 3和變形齒二 4，所述變形齒一 3位于內(nèi)管壁2的一側(cè)，所述變形齒二 4位于內(nèi)管壁2的另一側(cè)，所述變形齒一 3和變形齒二 4 呈均勻間隔布設(shè)，所述變形齒一 3與變形齒二 4之間設(shè)置有信號光纖6，所述信號光纖6與用于測試其彎曲損耗變化的測試單元5相接，所述測試單元5還與用于處理測試單元5測試數(shù)據(jù)的處理單元7相接，所述測試單元5和處理單元7均位于波紋管8外；所述管壁2內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)之間設(shè)置有限位板9，所述限位板9 一端固定于管壁2內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的一側(cè)，所述限位板9另一端與管壁2內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的另一側(cè)之間有預(yù)設(shè)距離。所述限位板9上設(shè)置有用于信號光纖6穿過的通道。所述信號光纖6通過延長光纖1與測試單元5相接。如圖3所示，所述限位板9為V形限位板。所述延長光纖1和信號光纖6的外部均包覆有防水材料，所述防水材料為防水油膏，可有效防止水分子對延長光纖1和信號光纖6的侵蝕，進而延長了延長光纖1和信號光纖6的使用壽命。本發(fā)明中，信號光纖6為外部包有多層保護層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖或聚酰亞胺涂覆光纖等，信號光纖6也可以為塑料光纖、多芯光纖、細徑光纖或光子晶體光纖，或是由多根信號光纖6并排夾持在變形齒之間形成，或是多根信號光纖6通過樹脂合并為信號光纖束或信號光纖帶。本發(fā)明中的工作原理為當(dāng)波紋管8在應(yīng)力下伸縮變形時，位于波紋管8的管壁2 內(nèi)側(cè)下凹處的變形齒一 3和變形齒二 4之間的距離也會改變，從而使夾持在變形齒一 3與變形齒二 4之間的信號光纖6的彎曲曲率變化，使得信號光纖6的彎曲損耗變化，通過測試單元5測試信號光纖6的彎曲損耗變化，且測試單元5將測試數(shù)據(jù)傳遞給處理單元7，由處理單元7推算出波紋管8所受應(yīng)力的大小。由于在波紋管8的管壁2內(nèi)側(cè)對稱設(shè)置有變形齒一 3和變形齒二 4，從而使信號光纖6的有效彎曲長度大大延長，一方面減少了信號光纖 6的彎曲曲率，另一方面提高了該裝置的精度，同時也大大延長了信號光纖6的使用壽命。特別是在管壁2內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)之間設(shè)置有限位板9，該限位板9距管壁2另一側(cè)有一預(yù)設(shè)距離，該距離為波紋管8的管壁2內(nèi)側(cè)下凹處相對兩側(cè)面相互靠近移動的最大值。 波紋管8在壓力下壓縮至限位板9的高度位置時就不能再壓縮了，這樣有效防止了信號光纖6的彎曲半徑過小而影響其使用壽命，進而保證了該應(yīng)力傳感裝置的使用壽命在設(shè)計要求之內(nèi)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，包括波紋管(8)，其特征在于所述波紋管(8)的管壁O)內(nèi)側(cè)下凹處對稱設(shè)置有變形齒一 C3)和變形齒二 G)，所述變形齒一 (3)位于內(nèi)管壁O)的一側(cè)，所述變形齒二(4)位于內(nèi)管壁O)的另一側(cè)，所述變形齒一 (3)和變形齒二(4)呈均勻間隔布設(shè)，所述變形齒一(3)與變形齒二(4)之間設(shè)置有信號光纖(6)，所述信號光纖(6)與用于測試其彎曲損耗變化的測試單元(5)相接，所述測試單元( 還與用于處理測試單元( 測試數(shù)據(jù)的處理單元(7)相接，所述測試單元( 和處理單元(7)均位于波紋管(8)外；所述管壁O)內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)之間設(shè)置有限位板(9)，所述限位板(9) 一端固定于管壁O)內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的一側(cè)，所述限位板(9)另一端與管壁O)內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的另一側(cè)之間有預(yù)設(shè)距離。
2.按照權(quán)利要求1所述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述限位板(9)上設(shè)置有用于信號光纖(6)穿過的通道。
3.按照權(quán)利要求1所述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述信號光纖(6)通過延長光纖(1)與測試單元( 相接。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于 所述限位板(9)為V形限位板。
5.按照權(quán)利要求3所述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述延長光纖(1)和信號光纖(6)的外部均包覆有防水材料。
6.按照權(quán)利要求5所述的具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，其特征在于所述防水材料為防水油膏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有限位板的波紋管型光纖應(yīng)力傳感裝置，包括波紋管，波紋管的管壁內(nèi)側(cè)下凹處對稱設(shè)有變形齒一和變形齒二，變形齒一位于內(nèi)管壁的一側(cè)，變形齒二位于內(nèi)管壁的另一側(cè)，變形齒一和變形齒二呈均勻間隔布設(shè)，變形齒一與變形齒二之間設(shè)置有信號光纖，信號光纖與用于測試其彎曲損耗變化的測試單元相接，測試單元還與用于處理測試單元測試數(shù)據(jù)的處理單元相接；管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)之間設(shè)有限位板，限位板一端固定于管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的一側(cè)，限位板另一端與管壁內(nèi)側(cè)下凹處兩側(cè)中的另一側(cè)之間有預(yù)設(shè)距離。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且加工制作方便，能有效實現(xiàn)較大范圍作用力的準確可靠測試，同時保證了信號光纖的使用壽命。
文檔編號G01L7/06GK102478441SQ201010558430
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司