專利名稱：一種測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感器是將光纖作為光傳輸?shù)拿浇?，?dāng)光在光纖中傳播時(shí)，表征光的特征參量(振幅、相位、偏振態(tài)、波長等)因外界因素(如溫度、應(yīng)力、電場、位移等)的作用而直接或間接地發(fā)生改變，從而可將光纖用作傳感元件來探測各種待測量。光纖傳感器具有許多傳統(tǒng)傳感器所不具有的優(yōu)點(diǎn)。例如，靈敏度高、耐腐蝕、電絕緣性好、安全可靠、有多方面的適應(yīng)性；重量輕、體積小、容易彎曲、可以制成任意形狀的光纖傳感器；可以用于高壓、電氣噪聲、高溫、腐蝕或其它的惡劣環(huán)境；在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)療、航空、建筑等各領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。近年來光纖傳感技術(shù)發(fā)展非常迅速，例如光纖光柵(FBG和LPG)型傳感器，分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖智能結(jié)構(gòu)。利用光纖傳感器件可以監(jiān)測和傳感溫度、壓力、應(yīng)變、位移等多種物理量，其中對應(yīng)力和位移的測量是光纖傳感領(lǐng)域非常重要的研究方向。近年來，采用光纖傳感器的應(yīng)力和位移傳感研究主要集中在光纖光柵類和光纖微彎損耗類。光纖光柵類在應(yīng)力位移的傳感領(lǐng)域研究和應(yīng)用最為成熟，然而存在的突出問題是價(jià)格較貴、容易損壞、易受應(yīng)變干擾以及制作需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備等問題。光纖微彎傳感也是較成熟的傳感手段。但是光纖微彎傳感系統(tǒng)需要外加變形器來形成有效的傳感部位，要求變形器具有很高精度；同時(shí)在一些特殊場合，例如智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用就受到了限制；而且微彎光纖彎曲部分的尺寸只在Pm級，這使微彎傳感器只能在很小的位移范圍內(nèi)操作，所能感測的外界變化量較小。急需一種成本低、制作工藝簡單、靈敏度高的光纖器件來部分解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器的制造方法，制成的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力位移雙物理量測量的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步驟:(1)該傳感器使用單模石英光纖，將一根單模石英光纖中間段(長度約為65-100mm)均勻涂抹上丙烯酸涂料，進(jìn)行表面黑化處理，自然晾干后控制涂覆后光纖的直徑在0.3-0.4mm； (2)將黑化處理的光纖彎曲，形成半徑為10_20mm的光纖環(huán)；(3)取兩塊厚度為Imm,大小合適(為了便于定位和施加作用力，大于光纖環(huán)直徑20-40毫米)的方形鋁合金板；(4)將光纖環(huán)通過502膠水粘貼的方法，垂直固定在兩塊鋁合金板之間，保持兩塊鋁合金板完全對齊，向鋁合金板施加壓力，受力后光纖環(huán)的位移也發(fā)生改變，測量通過受力后光纖環(huán)的光功率變化，即可獲得測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器。本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明將單模石英光纖用丙烯酸涂料進(jìn)行表面黑化處理，然后彎曲成一半徑(10mm-20mm)的光纖環(huán)，再用502膠水將光纖環(huán)垂直粘貼在兩塊相同尺寸的鋁合金板之間，該傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力位移雙物理量測量的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為光纖環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為光纖環(huán)壓縮變形前示意圖。圖3為光纖環(huán)壓縮變形后示意圖。圖4為光纖環(huán)受力后輸出功率比及作用力對位移變化圖。在圖中，1、光纖環(huán)2、鋁合金板3、載荷。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，步驟為:
(1)選取一根長約Im的單模石英光纖,將一根單模石英光纖中間段(約65mm)長,均勻涂抹上丙烯酸涂料，進(jìn)行表面黑化處理，自然晾干后控制涂覆后光纖的直徑在0.3mm ；
(2)將黑化處理的光纖彎曲，形成半徑為IOmm的光纖環(huán)1，如圖1;
(3)取兩塊厚度為Imm,邊長40mm的方形招合金板2,如圖2;
(4)將光纖環(huán)I通過502膠水粘貼的方法垂直固定在兩個(gè)鋁合金板2之間，保持兩塊鋁合金板2完全對齊，如圖2 ；
(5)向招合金板2施加50-130mN的載荷3,加力的間隔為IOmN,受力后光纖環(huán)I的位移也發(fā)生改變，如圖3，測量通過受力后光纖環(huán)I的光功率變化，即可獲得應(yīng)力位移雙物理量測量的光纖宏彎損耗傳感器。實(shí)施例二
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，步驟為:
(1)選取一根長約Im的單模石英光纖,將一根單模石英光纖中間段(約80_長),均勻涂抹上丙烯酸涂料，進(jìn)行表面黑化處理，自然晾干后控制涂覆后光纖的直徑在0.35mm ；
(2)將黑化處理的光纖彎曲，形成半徑為12.5mm的光纖環(huán)1，如圖1 ;
(3)取兩塊厚度為Imm,邊長50mm的方形招合金板2,如圖2；
(4)將光纖環(huán)I通過502膠水粘貼的方法垂直固定在兩個(gè)鋁合金板2之間，保持兩塊鋁合金板2完全對齊，如圖2 ；
(5)向招合金板2施加60-140mN的載荷3,加力的間隔為IOmN,受力后光纖環(huán)I的位移也發(fā)生改變，如圖3，測量通過受力后光纖環(huán)I的光功率變化，即可獲得應(yīng)力位移雙物理量測量的光纖宏彎損耗傳感器。實(shí)施例三
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，步驟為:
(1)選取一根長約Im的單模石英光纖,將一根單模石英光纖中間段約95mm長,均勻涂抹上丙烯酸涂料，進(jìn)行表面黑化處理，自然晾干后控制涂覆后光纖的直徑在0.4mm ；
(2)將黑化處理的光纖彎曲，形成半徑為15mm的光纖環(huán)1，如圖1;
(3)取兩塊厚度為Imm,邊長60mm的方形招合金板2,如圖2； (4)將光纖環(huán)I通過502膠水粘貼的方法垂直固定在兩個(gè)鋁合金板2之間，保持兩塊鋁合金板2完全對齊，如圖2 ；
(5)向招合金板2施加70-150mN的載荷3,加力的間隔為IOmN,受力后光纖環(huán)I的位移也發(fā)生改變，如圖3，測量通過受力后光纖環(huán)I的光功率變化，即可獲得應(yīng)力位移雙物理量測量的光纖宏彎損耗傳感器。由于光纖表面用丙烯酸涂料涂黑的方法形成了一層黑色吸收膜，可以將宏彎光纖看成光纖纖芯包層無限涂層結(jié)構(gòu)。進(jìn)入光纖環(huán)I的光，除了沿纖芯傳播的光外，大部分被這層黑色薄膜吸收，這樣有效抑制了在包層涂層和涂層空氣層間形成WG模(wispering-gallery mode),從而抑制了光纖宏彎損耗隨彎曲半徑變化而發(fā)生振蕩，有效的提高了靈敏度，其實(shí)驗(yàn)測量效果如圖4。
權(quán)利要求
1.一種測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步驟: (1)該傳感器使用單模石英光纖，將一根單模石英光纖中間段，長度為65-100mm,均勻涂抹上丙烯酸涂料，進(jìn)行表面黑化處理，自然晾干后控制涂覆后光纖的直徑為0.3-0.4mm ； (2)將黑化處理的光纖彎曲，形成半徑為10-20mm的光纖環(huán)； (3)取兩塊厚度為1mm，邊長大于光纖環(huán)直徑20-40毫米的方形鋁合金板； (4)將光纖環(huán)通過502膠水粘貼的方法垂直固定在兩塊鋁合金板之間，保持兩塊鋁合金板完全對齊，向鋁合金板施加壓力，受力后光纖環(huán)的位移也發(fā)生改變，測量通過受力后光纖環(huán)的光功率變化，即可獲得測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器。
全文摘要
一種測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器的制造方法，它包括以下步驟(1)取單模石英光纖，將一根單模石英光纖中間段，長度為65-100mm，均勻涂抹上丙烯酸涂料，進(jìn)行表面黑化處理，自然晾干后控制涂覆后光纖的直徑為0.3-0.4mm；(2)將光纖彎曲，形成半徑為10-20mm的光纖環(huán)；(3)取兩塊厚度為1mm，邊長大于光纖環(huán)直徑20-40毫米的方形鋁合金板；(4)將光纖環(huán)通過502膠水粘貼的方法垂直固定在兩塊鋁合金板之間，保持兩塊鋁合金板完全對齊，向鋁合金板施加壓力，測量通過受力后光纖環(huán)的光功率變化，即可獲得測量應(yīng)力位移的光纖宏彎損耗傳感器；它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力位移雙物理量測量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/24GK103090893SQ201310008808
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者彭星玲, 張華 , 李玉龍 申請人:南昌大學(xué)