專利名稱：柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖傳感器，特別是適用于長距離管線的連續(xù)實時監(jiān)測的光纖微彎的柵網(wǎng)式傳感器。
背景技術：
柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器是根據(jù)光纖的微彎損耗現(xiàn)象而設計的，其原理是根據(jù)光纖受被測參量調制而發(fā)生彎曲產(chǎn)生微彎損耗，通過探測光纖中傳輸光的損耗而檢測被測參量。光纖編織于一個條形網(wǎng)狀結構中，光纖兩端固定在待測管道上，當光纖受被測參量調制而長度變化時，光纖受網(wǎng)的側壓力而產(chǎn)生彎曲，并且彎曲振幅發(fā)生變化，這時光纖中通過的光信號損耗就會發(fā)生變，由此可檢測被測參量的變化。由于該種光纖傳感器具有結構簡單、易于實用化的特點而受到廣泛關注。該傳感器的設計關鍵是要尋求有效的方法和途徑將被測參量的變化轉換為光纖微彎量的變化。目前該原理已被研究開發(fā)用于位移、壓力、加速度、應變、聲波等參量的檢測中，而在對應變檢測問題上雖已有文獻研究，但至今未能有效解決管道彎曲形變的檢測問題。
本實用新型的目的在于提供一種能夠檢測管道彎曲形變、拉伸、壓縮應變的光纖微彎傳感器。本實用新型的技術方案它包括光纖和柵網(wǎng)柵網(wǎng)3是平面長條形，長不限，網(wǎng)絲2的間距(厘米級)和網(wǎng)絲直徑(毫米級)根據(jù)具體情況定。光纖1從柵網(wǎng)的一端中間穿入柵網(wǎng)，在網(wǎng)絲之間上下翻轉、呈正弦狀周期性微彎穿過柵網(wǎng)，從柵網(wǎng)的另一端中點穿出柵網(wǎng)，在柵網(wǎng)兩端用環(huán)氧樹脂4粘在要測量的管道5上。不同結構尺寸的光纖傳感器，要單獨定標。柵網(wǎng)3沿著被測量的管道5的方向放置，每隔一段距離用捆綁絲6固定在要測量的管道5上。
本實用新型的有益效果不僅擁有一般光纖傳感器的優(yōu)點，例如柔軟可彎，抗電磁干擾等。與傳統(tǒng)的光纖微彎傳感器相比，結構大大簡化，體積縮小，成本降低；消除了活動部件，增加了可靠性；對應于測量應變的弧形彈性片式光纖微彎傳感器，本實用新型不僅可測應變，而且傳感器長度可任意長，特別適合檢測管道形變。綜上所述，本實用新型結構簡單、成本低廉，靈敏度高，重復性好，可用于拉伸、壓縮應變和彎曲形變測量，其中特別適用于長距離管線的連續(xù)實時監(jiān)測，具有很好的應用前景。


圖1是本實用新型的截面剖視圖圖2是本實用新型的傳感器和管道的捆綁示意圖圖3是本實用新型的俯視圖圖4是本實用新型測管道彎曲形變時，管道凸起示意圖圖5是本發(fā)明測管道彎曲形變時，管道凹下示意圖.
圖6是圖4的試驗曲線圖.
圖7是圖5的實驗曲線圖其中1.光纖 2.網(wǎng)絲 3.柵網(wǎng) 4.環(huán)氧樹脂 5.管道 6.捆綁絲具體實施方式
圖1-3中給出的是柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器結構示意圖。
柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器，它包括光纖1和柵網(wǎng)3，柵網(wǎng)是平面長條形，長不限，網(wǎng)絲2的間距和網(wǎng)絲直徑根據(jù)具體情況決定，光纖1從柵網(wǎng)的一端中間穿入柵網(wǎng)，在網(wǎng)絲之間上下翻轉、成正弦狀周期性微彎穿過柵網(wǎng)，從柵網(wǎng)的另一端中點穿出柵網(wǎng)，在柵網(wǎng)兩端用環(huán)氧樹脂4粘在要測量的管道5上。
平面長條形柵網(wǎng)3是沿要測量的管道5的方向放置，每隔一段距離用捆綁絲6固定在要測量的管道5上。
光纖可以是普通通信用單模、多模玻璃光纖，也可以是塑料光纖。
實施例實驗用6米長不銹鋼管作為待測管道，用鐵絲網(wǎng)作為傳感器主體結構。實驗中使用的普通多模通信光纖具有下列參數(shù)光纖芯直徑 62.5μm包層直徑 125μm由圖1的剖視圖可看出，光纖呈正弦形穿插在鐵絲網(wǎng)的鐵絲之間，形成周期性微彎結構。網(wǎng)格長(即鐵絲間距)1cm，鐵絲直徑2mm.由圖3的俯視圖可看出，光纖在傳感器中沿條狀方向呈直線放置，而傳感器也沿管道方向放置。由圖2的側視圖可看出，傳感器封裝后沿管道方向貼在管道上，每隔一段距離由鐵絲固定。
當光纖完全松弛時，微彎結構產(chǎn)生的損耗很小，甚至可以忽略。當光纖中存在縱向拉伸張力時，由于光纖與鐵絲網(wǎng)的穿插結構，鐵絲網(wǎng)中的鐵絲阻礙了光纖的拉直趨勢，對光纖產(chǎn)生側向壓力，使光纖與鐵絲的接觸點上光纖的彎曲半徑變小，產(chǎn)生損耗。光纖的拉力越大，損耗也越大。當給光纖一個預加拉力時，這種傳感器即可根據(jù)光纖拉伸測拉力，又可根據(jù)光纖收縮測壓力。同時，預加拉力不同，傳感器的靈敏度也不同。拉力較小時，靈敏度?。焕μ?，雖然可得到大的靈敏度，但光纖易拉斷。因此實用中要根據(jù)實際需要選擇預拉力。
由圖1-3可看出，本實用新型的一個重要特點在于條形網(wǎng)狀結構的長度，即傳感器的長度可以是任意長，因此特別適合于管道的監(jiān)測。圖4給出了測管道彎曲形變時，管道凸起情況示意圖。由圖中可看出，光纖固定在管道上(實驗中以環(huán)氧樹脂固定)。因此當傳感器處于凸起的一邊時，光纖被拉長，縱向拉力變大，導致傳感器中光纖彎曲變徑變小，損耗變大。圖6是圖4的實驗數(shù)據(jù)圖，圖中可看出，管道彎曲位移越大，相對光功率越小，二者呈線性關系，線性擬合度大于99％。圖5是管道凹下情況示意圖，當傳感器處于凹下的一邊時，光纖收縮，縱向拉力變小，導致?lián)p耗變小。圖7是圖5的實驗數(shù)據(jù)圖，管道彎曲位移越大，相對光功率越大，二者呈線性關系，線性擬合度大于99％。圖4和圖5使用的是兩個傳感器，由于預加拉力不同，分辨率也不同。圖5的預拉力較大，分辨率也較高，達到了74.7μm，完全可滿足一般的管道形變監(jiān)測。因為柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器具有雙向傳感特性，實用中可用兩個傳感器配置在管道截面的x，y方向上，即可監(jiān)測管道任意方向的形變。
利用本實用新型還可組成連續(xù)分布檢測系統(tǒng)，即將多個傳感器沿著光纖串接起來，每個傳感器可覆蓋一定距離，傳感光纖可達數(shù)十公里長，通過光時域反射技術可檢測光纖上各點的形變狀態(tài)，此方法特別適用于長距離管線的實時監(jiān)測。
權利要求1.一種柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器，它包括光纖和柵網(wǎng)，其特征在于柵網(wǎng)(3)是平面長條形網(wǎng)格，光纖(1)從柵網(wǎng)的一端中點穿入柵網(wǎng)，在網(wǎng)絲之間上下翻轉、成正弦狀周期性微彎穿過柵網(wǎng)，從柵網(wǎng)的另一端中點穿出柵網(wǎng)，在柵網(wǎng)兩端用環(huán)氧樹脂(4)粘在要測量的管道(5)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器，其特征在于平面長條形柵網(wǎng)(3)要沿著被測量的管道(5)的方向放置，用捆綁絲(6)固定在被測量的管道(5)上。
3.根據(jù)權利要求1所述的柵網(wǎng)式光纖微彎傳感器，其特征在于光纖可以是普通通信用單模、多模光纖，既可以是石英光纖，也可以是塑料光纖。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖傳感器，特別是柵網(wǎng)式光纖微彎的傳感器。本新型將光纖對稱穿插進一個網(wǎng)狀結構中，形成周期性微彎結構，通過光纖的伸長和收縮對微彎結構進行調制，根據(jù)檢測光纖中光功率損耗情況可感知光纖的伸長和收縮，即可感知外界參量的變化。其具體結構是它包括光纖和柵網(wǎng)，柵網(wǎng)是平面長條形，光纖從柵網(wǎng)的一端穿入柵網(wǎng)，在網(wǎng)絲之間上下翻轉、成正弦狀周期性微彎穿過柵網(wǎng)，從柵網(wǎng)的另一端穿出柵網(wǎng)，在柵網(wǎng)兩端用環(huán)氧樹脂粘在要測量的管道上。光纖可以是通信用單模、多模玻璃光纖，也可以是塑料光纖。本新型結構簡單、成本低廉，靈敏度高，重復性好，可用于拉伸、壓縮應變和彎曲形變測量，特別適用于長距離管線的連續(xù)實時監(jiān)測。
文檔編號G02B6/00GK2664005SQ20032011229
公開日2004年12月15日 申請日期2003年11月21日 優(yōu)先權日2003年11月21日
發(fā)明者袁樹忠, 張偉剛, 開桂云, 董孝義, 孫磊, 于嶺, 張強 申請人:南開大學