專利名稱：一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖傳感裝置，尤其是涉及一種基于光纖微彎損耗傳感技術(shù) 的竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置。
背景技術(shù)：
在光纖傳感技術(shù)中，微彎型光纖傳感技術(shù)及結(jié)構(gòu)是重要的一個研究方向，微彎型 光纖傳感器屬于光強(qiáng)度調(diào)制傳感器之一，也是相對于光波長調(diào)制、光相位調(diào)制等傳感器來 說成本最低的傳感裝置。最典型的微彎傳感裝置的結(jié)構(gòu)是兩塊互相平行的鋸齒板的變形齒 之間夾持有信號光纖，外界物理量的變化使上下兩塊鋸齒板上的變形齒之間的距離改變， 使信號光纖的彎曲曲率變化，從而影響信號光纖中傳輸光信號功率的變化，通過與信號光 纖連接的光源-光探測器可以獲得該變化的信息，從而獲知物理量的變化。但這樣的微彎 傳感裝置并不適合長距離使用，即使使用柔性鋸齒板也存在問題，主要是在鋸齒板彎曲時， 布設(shè)于上下兩個鋸齒板上的變形齒之間的距離就會改變，從而影響到信號光纖的彎曲曲 率，而這無法與待測物理量對信號光纖的彎曲曲率造成變化進(jìn)行區(qū)分。在中國專利申請?zhí)?200410073021. 2中介紹了兩種較長距離使用的微彎光纖傳感結(jié)構(gòu)，一種是纏繞式微彎光纖 傳感器，其采用多模光纖纏繞在一根鋼絲繩索上，光纖傳感區(qū)域的兩端分別用特種膠粘貼 在鋼絲繩索上，當(dāng)鋼絲繩索受軸向應(yīng)力作用而被拉伸時，光纖也被拉緊，光纖在鋼絲繩索的 溝谷中形成微彎曲，由于光纖表面只有約120微米厚的高分子保護(hù)層，這樣的保護(hù)是沒有 辦法在實(shí)際工程環(huán)境下使用的，并且鋼絲繩還有扭轉(zhuǎn)等其它的作用力，使測試結(jié)果具有很 大的不確定性。第二種結(jié)構(gòu)是套管微彎式光纖傳感器，其整個結(jié)構(gòu)分為三部分，外護(hù)套和外 護(hù)套內(nèi)的光纖，以及螺旋纏繞在光纖上的聚酯纖維絲，當(dāng)外護(hù)套受到擠壓時，使光纖形成周 期型的微彎，該結(jié)構(gòu)對光纖的保護(hù)仍不足以支持其在惡劣的實(shí)際環(huán)境條件下的使用，所以 也未見推廣使用。微彎型光纖傳感裝置目前主要的問題是光纖的傳感靈敏度與光纖的保護(hù)之間的 矛盾，靈敏度高了，光纖的保護(hù)不足，嚴(yán)重影響光纖以及傳感裝置的使用壽命；對光纖保護(hù) 合適時，光纖及傳感裝置的靈敏度有較大的喪失，因此急需一種新的光纖傳感裝置，即該裝 置結(jié)構(gòu)能有效保護(hù)光纖，抵御實(shí)際工程環(huán)境下的各種傷害，又能保持微彎光纖傳感裝置的 高精度和高靈敏度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種竹節(jié) 型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且加工制作方便，同時使用靈活，靈敏度 高，使用效果好，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖 傳感裝置，包括信號光纖，其特征在于還包括由硬殼節(jié)段和柔性節(jié)段交替固定連接而成的 管體，所述信號光纖位于所述管體內(nèi)部，所述柔性節(jié)段由外護(hù)套和設(shè)置在外護(hù)套內(nèi)部的光纖保護(hù)管組成，所述信號光纖位于光纖保護(hù)管內(nèi)部，所述硬殼節(jié)段包括外殼，所述外殼內(nèi)側(cè) 相對的兩個面上分別設(shè)置有變形齒一和變形齒二，所述變形齒一與變形齒二之間呈交錯對 應(yīng)布設(shè)，所述變形齒一與變形齒二之間至少夾持一個信號光纖，所述信號光纖兩端中至少 有一端連接測試單元，所述測試單元還連接用于處理測試單元測試數(shù)據(jù)的處理單元。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述光纖保護(hù)管內(nèi)部填 充有阻水油膏。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述外護(hù)套與光纖保護(hù) 管之間設(shè)置有鎧裝層。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述外護(hù)套為高分子波 紋管或金屬波紋管。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼節(jié)段和柔性節(jié) 段的橫截面形狀均為圓形。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼節(jié)段的橫截面 形狀為方形，所述變形齒一和變形齒二均呈直角形狀。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼節(jié)段與柔性節(jié) 段之間的連接方式為焊接、膠黏劑粘接、凹凸槽扣接、卡簧連接或螺紋連接。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼節(jié)段或柔性節(jié) 段上設(shè)置有光反射裝置，所述信號光纖上設(shè)置有光反射裝置。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼節(jié)段或柔性節(jié) 段上設(shè)置有分支結(jié)構(gòu)。上述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述信號光纖通過延伸 光纖與測試單元相接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、加工制作簡便、使用靈活且靈敏度高，該傳感裝置通過柔 性節(jié)段來達(dá)到使整個傳感結(jié)構(gòu)彎曲的目的，通過硬殼節(jié)段進(jìn)行物理量的探測，因此不會因 整個傳感結(jié)構(gòu)的彎曲影響測試結(jié)果。2、通過將多個硬殼節(jié)段分布做成用于探測不同的物理量，以達(dá)到同時監(jiān)測多個參 數(shù)的目的。3、該傳感裝置的柔性節(jié)段預(yù)留出一定的余長，使整個傳感結(jié)構(gòu)彎曲不會對光纖造 成拉伸應(yīng)力，同時該余長也可以作為硬殼節(jié)段中信號光纖彎曲時長度不夠的補(bǔ)償，防止硬 殼節(jié)段信號光纖在彎曲時受到較大的拉伸應(yīng)力，延長了信號光纖的使用壽命。4、該傳感裝置可以同時對濕度、溫度、甲烷、氧氣等多個參數(shù)進(jìn)行測試，且可根據(jù) 需要選擇合適的功能材料制作變形齒，或在變形齒上鍍覆一層或多層功能材料，以便進(jìn)行 更多參數(shù)的監(jiān)測。5、通過采用光時域反射計(jì)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)分布的監(jiān)測以及準(zhǔn)分布的多參數(shù)監(jiān)測。6、可以在比較重要的區(qū)域設(shè)置一個或多個光反射裝置，通過監(jiān)測光反射裝置的反 射光峰值光功率推算測試結(jié)果，可以進(jìn)一步增加測試的動態(tài)范圍和探測距離。綜上所述，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且加工制作方便，使用靈活，靈敏 度高，使用效果好，成本低，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離及準(zhǔn)分布的監(jiān)測，具有廣闊的應(yīng)用前景。[0023]下面通過附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中硬殼節(jié)段的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中硬殼節(jié)段的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1中柔性節(jié)段的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例2中硬殼節(jié)段的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例3中硬殼節(jié)段的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例3中柔性節(jié)段的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1-延伸光纖；4-變形齒二 ；7-處理單元；10-硬殼節(jié)段；13-分支結(jié)構(gòu)；
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1、2、3和4所示的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，包括信號光纖6，還包 括由硬殼節(jié)段10和柔性節(jié)段12交替固定連接而成的管體，所述信號光纖6位于所述管體 內(nèi)部，所述柔性節(jié)段12由外護(hù)套8和設(shè)置在外護(hù)套8內(nèi)部的光纖保護(hù)管15組成，所述信號 光纖6位于光纖保護(hù)管15內(nèi)部，所述硬殼節(jié)段10包括外殼2，所述外殼2內(nèi)側(cè)相對的兩個 面上分別設(shè)置有變形齒一 3和變形齒二 4，所述變形齒一 3與變形齒二 4之間呈交錯對應(yīng)布 設(shè)，所述變形齒一 3與變形齒二 4之間至少夾持一個信號光纖6，所述信號光纖6兩端中至 少有一端連接測試單元5，所述測試單元5還連接用于處理測試單元5測試數(shù)據(jù)的處理單元 7。本實(shí)施例中，所述外護(hù)套8為高分子波紋管或金屬波紋管，所述信號光纖6通過延 伸光纖1與測試單元5相接，所述硬殼節(jié)段10和柔性節(jié)段12的橫截面形狀均為圓形。所 述硬殼節(jié)段10表面上布設(shè)有透氣孔，所述變形齒一 3與變形齒二 4由功能材料制成，或變 形齒一 3與變形齒二 4表面上鍍覆有功能材料，且所述變形齒一 3和變形齒二 4的數(shù)量均 多個。所述光纖保護(hù)管15內(nèi)部填充有阻水油膏14，所述外護(hù)套8與光纖保護(hù)管15之間設(shè) 置有鎧裝層9，硬殼節(jié)段10與柔性節(jié)段12之間通過焊接方式固定連接在一起，也可以根據(jù) 實(shí)際情況選擇膠黏劑粘接、凹凸槽扣接、卡簧連接或螺紋連接等方式連接。所述信號光纖6 為外部包有多層保護(hù)層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等。所述硬殼 節(jié)段10的外殼2由低膨脹系數(shù)材料制成，變形齒一 3和變形齒二 4均采用高膨脹系數(shù)材料 制成，這樣可以構(gòu)成溫度傳感單元；在溫度變化時，變形齒一 3和變形齒二 4的高度變化，使 得夾持在變形齒一 3與變形齒二 4之間的信號光纖6的彎曲曲率發(fā)生變化，信號光纖6彎
2-外殼；3-變形齒一；
5-測試單元；6-信號光纖；
8-外護(hù)套；9-鎧裝層； 11-光反射裝置；12-柔性節(jié)段； 14-阻水油膏；15-光纖保護(hù)管。
5曲曲率的變化使信號光纖6內(nèi)部產(chǎn)生的光信號功率變化，測試單元5測得該變化信息并傳 遞給處理單元7，處理單元7經(jīng)計(jì)算得出溫度的變化值。本實(shí)用新型的工作原理為當(dāng)有作用力施加在一節(jié)或多節(jié)硬殼節(jié)段10上時，硬殼 節(jié)段10變形使得位于其內(nèi)部的變形齒一 3與變形齒二 4的高度發(fā)生變化，變形齒一 3與變 形齒二 4的高度變化使得夾持在兩者之間的信號光纖6的彎曲曲率發(fā)生變化，信號光纖6 彎曲曲率的變化使信號光纖6內(nèi)部產(chǎn)生的光信號功率變化，測試單元5測得該變化信息并 傳遞給處理單元7，由處理單元7經(jīng)計(jì)算得出硬殼節(jié)段10受到的作用力的大小，在有時間相 關(guān)參數(shù)時，可確定受作用力影響的硬殼節(jié)段10的位置，如測試單元5采用光時域反射計(jì)，就 可以確定作用力的位置。本傳感裝置也可以用于對液體或氣體參數(shù)的測試，這時硬殼節(jié)段10的表面須有 供液體或氣體流動的孔。如采用本裝置探測空氣中的氫氣濃度時，則變形齒一 3和變形齒 二 4均由能吸收氫氣并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的金屬鈀或鈀合金材料制成，也可以在變形齒一 3和變形齒二 4的外側(cè)均涂覆一層或多層由能吸收氫氣并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的金屬鈀或鈀 合金材料制成的伸縮變形層。實(shí)際使用過程中，氫氣通過硬殼節(jié)段10上分布的透氣孔進(jìn)入 到其內(nèi)部，當(dāng)氫氣濃度發(fā)生改變時，金屬鈀或鈀合金材料吸收氫氣并隨著氫氣濃度的變化 體積變大或變小，使得變形齒一 3和變形齒二 4之間的距離拉大或縮小，從而就可以改變了 夾在信號光纖6的彎曲半徑，即改變了信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，進(jìn)而改變了信號光纖6 內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕乃p大小，通過測試單元5檢測到該光信號功率的變化并將該變化傳遞 給處理單元7，由處理單元7進(jìn)行分析處理，即可得到空氣中氫氣的濃度變化量。同理，信號光纖6外側(cè)鍍覆一層或多層由能吸收氫氣并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的金屬 鈀或鈀合金材料制成的伸縮變形層時，在氫氣濃度變化時導(dǎo)致該伸縮變形層的體積變化 時，也能得到使變形齒一 3與變形齒二 4之間的距離發(fā)生改變的同等效果，從而達(dá)到監(jiān)測物 理量的目的。為了達(dá)到提升檢測多個物理量的目的，硬殼節(jié)段是由多個分別探測不同物理量的 硬殼節(jié)段構(gòu)成，如需要測試溫度、濕度、應(yīng)力等參數(shù)，可以將多個硬殼節(jié)段10分別制作為針 對溫度、濕度、應(yīng)力測試的硬殼節(jié)段10，達(dá)到同時監(jiān)測多參數(shù)的目的。實(shí)施例2如圖5所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是硬殼節(jié)段10的橫截面形狀為方 形，變形齒一 3和變形齒二 4均呈直角形狀，信號光纖6位于變形齒一 3與變形齒二 4之間。 由于變形齒一 3與變形齒二 4為直角形狀，可以監(jiān)測作用于硬殼節(jié)段10上的兩個正交方法 的作用力。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖6和圖7所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是柔性節(jié)段12和硬殼節(jié)段10 中包含有兩個信號光纖6，兩個信號光纖6分別接兩測試單元5，兩個測試單元5均與處理 單元7相接；或者是兩個信號光纖6先接光開關(guān)，光開關(guān)接測試單元5，測試單元5接處理 單元7。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4如圖8所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是柔性節(jié)段上設(shè)置有光反射裝置 11，硬殼節(jié)段10上設(shè)置有Y型的分支結(jié)構(gòu)13，信號光纖6末端也安置有光反射裝置11，這樣可以使光信號兩次通過傳感區(qū)域，傳感精度提高一倍，分支結(jié)構(gòu)13可以使傳感區(qū)域擴(kuò)展 到更大的范圍。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。 以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)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 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，包括信號光纖(6)，其特征在于還包括由硬殼 節(jié)段(10)和柔性節(jié)段(1 交替固定連接而成的管體，所述信號光纖(6)位于所述管體內(nèi) 部，所述柔性節(jié)段(12)由外護(hù)套(8)和設(shè)置在外護(hù)套(8)內(nèi)部的光纖保護(hù)管(15)組成， 所述信號光纖(6)位于光纖保護(hù)管(15)內(nèi)部，所述硬殼節(jié)段(10)包括外殼O)，所述外殼 (2)內(nèi)側(cè)相對的兩個面上分別設(shè)置有變形齒一 C3)和變形齒二 G)，所述變形齒一 C3)與變 形齒二(4)之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，所述變形齒一 C3)與變形齒二(4)之間至少夾持一個信 號光纖(6)，所述信號光纖(6)兩端中至少有一端連接測試單元(5)，所述測試單元(5)還 連接用于處理測試單元( 測試數(shù)據(jù)的處理單元(7)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述光纖 保護(hù)管(15)內(nèi)部填充有阻水油膏(14)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述外護(hù) 套(8)與光纖保護(hù)管(1 之間設(shè)置有鎧裝層(9)。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述外護(hù) 套(8)為高分子波紋管或金屬波紋管。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼 節(jié)段(10)和柔性節(jié)段(1 的橫截面形狀均為圓形。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼 節(jié)段(10)的橫截面形狀為方形，所述變形齒一 C3)和變形齒二(4)均呈直角形狀。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼 節(jié)段(10)與柔性節(jié)段(1 之間的連接方式為焊接、膠黏劑粘接、凹凸槽扣接、卡簧連接或 螺紋連接。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼 節(jié)段(10)或柔性節(jié)段(1 上設(shè)置有光反射裝置(11)，所述信號光纖(6)上設(shè)置有光反射 裝置(11)。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述硬殼 節(jié)段(10)或柔性節(jié)段(12)上設(shè)置有分支結(jié)構(gòu)(13)。
10.按照權(quán)利要求1所述的一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，其特征在于所述信號 光纖(6)通過延伸光纖(1)與測試單元( 相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種竹節(jié)型準(zhǔn)分布式光纖傳感裝置，包括信號光纖，還包括由硬殼節(jié)段和柔性節(jié)段交替固定連接而成的管體，信號光纖位于管體內(nèi)部，柔性節(jié)段由外護(hù)套和設(shè)置在外護(hù)套內(nèi)部的光纖保護(hù)管組成，信號光纖位于光纖保護(hù)管內(nèi)部，硬殼節(jié)段包括外殼，外殼內(nèi)側(cè)相對的兩個面上分別設(shè)置有變形齒一和變形齒二，變形齒一與變形齒二之間呈交錯對應(yīng)布設(shè)，變形齒一與變形齒二之間至少夾持一個信號光纖，信號光纖兩端中至少有一端連接測試單元，測試單元還連接用于處理測試單元測試數(shù)據(jù)的處理單元。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且加工制作方便，同時使用靈活，靈敏度高，使用效果好，成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01D5/32GK201903354SQ201020622980
公開日2011年7月20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