專利名稱：波形槽柱體光纖傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬光纖應(yīng)力傳感裝置，尤其是涉及一種基于光纖微彎損耗變化的柱體狀應(yīng)力傳感裝置。
背景技術(shù)：
由于對滑坡、泥石流、地震、以及大型人工建筑物健康監(jiān)測的需要，應(yīng)力參數(shù)監(jiān)測是技術(shù)人員最關(guān)心的重要參數(shù)之一，傳統(tǒng)的以電和磁為核心的傳感器由于耐久性、抗干擾能力等方面的缺陷導致其應(yīng)用范圍比較狹窄。隨著對光纖理解的深入以及光纖技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學者傾向于采用光纖技術(shù)方案對應(yīng)力進行點式和分布式監(jiān)測，中國專利申請?zhí)?00410073021. 2《埋入式微彎光纖傳感器和微彎光纖傳感器埋入與測試方法》的專利文獻中，提出了一種包含有光纖的多節(jié)短套管構(gòu)成的蛇形微彎光纖傳感器，其套管間形成微彎點，相對于傳統(tǒng)的傳感器，其優(yōu)點是抗電磁干擾、適用于多種巖體的檢測、測試精度高、 可以實現(xiàn)分布式監(jiān)測，但該方案中，套管間形成的微彎點的彎曲曲率是隨機的，也可能較大，也可能較小，當曲率過小時，光纖的強度就會受到影響，甚至很快就斷裂了，造成傳感裝置的失效，另外微彎點處光纖的保護也明顯不足，但若加強保護，又可能失去以微彎檢測的條件，或者需要特殊的裝置來保護，又無形中增加了成本。這些都限制了該實用新型的光纖傳感器的推廣使用。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種在柱體表面上分布有波形槽的光纖應(yīng)力傳感裝置，采用的是預(yù)制的光纖微彎結(jié)構(gòu)，不僅可以監(jiān)測到應(yīng)力的變化，同時可以計算出應(yīng)力的大小，在有第二信號光纖時，還可以得到應(yīng)力作用的方向。使本實用新型的光纖應(yīng)力監(jiān)測裝置具有使用壽命長、精度高、用途廣的特點。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于在柱體上分布有波形槽，波形槽的相對兩面上分別具有相互交錯對應(yīng)的波峰和波谷，且在波形槽的相對兩面的波峰之間夾有第一信號光纖，第一信號光纖通過延長光纖接測試單元，在測試單元后面接處理單元。當柱體在應(yīng)力下變形時，波形槽的寬度變化，使位于波形槽的相對兩面上的波峰之間的距離也會改變，從而使夾持于波峰間的第一信號光纖的彎曲曲率變化，這又使第一信號光纖的彎曲損耗變化，通過測試單元可得到第一信號光纖彎曲損耗變化的大小，并傳遞給處理單元，處理單元推算出柱體所受應(yīng)力的大小。由于在柱體上的波形槽的相對兩側(cè)有眾多相互對應(yīng)的波峰和波谷，從而使第一信號光纖的有效彎曲部分的長度大大延長，一方面減少了第一信號光纖的彎曲曲率，另一方面提高該裝置的精度，同時也大大延長了第一信號光纖的使用壽命。所述的波形槽的分布方向是橫向的，即與柱體的軸向垂直。所述的波形槽的分布方向是縱向的，即與柱體的軸向平行。[0008]所述的波形槽的分布方向是傾斜的，即與柱體的軸向的夾角是大于零度小于九十度的。有兩條或兩條以上的波形槽分布于柱體上。兩條或兩條以上的波形槽是互相平行的。所述的波形槽以螺旋的方式分布于柱體上。所述的波形槽分布于柱體的外表面上。所述的波形槽分布于柱體的內(nèi)表面上。所述的波形槽是包含于柱體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。所述的波形槽中的相對兩側(cè)的波峰間、與第一信號光纖并排夾持有第二信號光纖。所述的波形槽中的波峰頂端有凹槽，如V形槽，第一信號光纖安置于該凹槽內(nèi)。所述的波形槽的寬度從柱體的一端到另一端是相同的。所述的波形槽的寬度從柱體的一端到另一端是變化的。從柱體的一端至另一端、分布于柱體上波形槽內(nèi)的波峰的高度、波峰間距或波峰頂端的曲率是變化的，如波峰高度是遞增或遞減的、波峰間距是遞增或遞減的、波峰頂端的曲率是遞增或遞減的。所述的第一信號光纖或第二信號光纖被防水材料包覆。所述的防水材料是阻水油膏。所述第一信號光纖或第二信號光纖為外部包有多層保護層的光纖，如緊套光纖、 碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等；所述第一信號光纖或第二信號光纖也可以是塑料光纖、 多芯光纖、細徑光纖或光子晶體光纖。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、一種波形槽柱體光纖傳感裝置，是將柱體與光纖微彎結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并互相補充，使該傳感器的結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、設(shè)計合理、操作方便且使用方式靈活、靈敏度高；2、一種波形槽柱體光纖傳感裝置，可以根據(jù)需要設(shè)計適當?shù)墓饫w微彎結(jié)構(gòu)，包括增加第一信號光纖或第二信號光纖的有效彎曲長度，從而一方面增加了檢測的精度和靈敏度，并可以減少第一信號光纖或第二信號光纖的彎曲曲率，從而延長了第一信號光纖或第二信號光纖的使用壽命，使該光纖傳感裝置具有使用壽命長、精度高的特點；3、一種波形槽柱體光纖傳感裝置由于可以采用增加第一信號光纖或第二信號光纖長度的光纖微彎結(jié)構(gòu)，從而可以使本裝置可以響應(yīng)更大的應(yīng)力以及更大的應(yīng)力作用距離，擴展了該裝置的使用范圍；4、一種波形槽柱體光纖傳感裝置中的柱體可以是經(jīng)特殊加工的鋼筋、鋼棒或鋼管，或其他堅固耐用的材料，安置于建筑物中或需監(jiān)測的山體及巖體上，由于該結(jié)構(gòu)具有較強的環(huán)境適應(yīng)能力，和高靈敏的監(jiān)測性，所以是一種良好的應(yīng)力監(jiān)測傳感器；5、一種波形槽柱體光纖傳感裝置中的柱體可以是復(fù)合材料構(gòu)成，如鋼塑復(fù)合材料、玻璃纖維增強塑料等材料構(gòu)成，從可以有效適應(yīng)實際工程條件的需求。綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，匯集了柱體與光纖微彎結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，并使其具有的優(yōu)勢進一步的放大，使本實用新型的裝置具有更好的精度、更長的使用壽命、以及更優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)能力。下面通過附圖和實施例，對實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

圖1為本實用新型第一具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中柱體沿的A-A’的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型第二具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型第三具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明1一延長光纖；4一波形槽；5—測試單元；6—第一信號光纖；7—處理單元；8—第二信號光纖；10—柱體；12—凹槽。
具體實施方式
實施例1如圖1、圖2所示，本實用新型包括在柱體10上分布有波形槽4，波形槽4的相對兩面上分別具有相互交錯對應(yīng)的波峰和波谷，且在波形槽4的相對兩面的波峰之間夾有第一信號光纖6，第一信號光纖6通過延長光纖1接測試單元5，在測試單元5后面接處理單元7。當柱體10在應(yīng)力下變形時，波形槽4的寬度變化，使位于波形槽4的相對兩面上的波峰之間的距離也會改變，從而使夾持于波峰間的第一信號光纖6的彎曲曲率變化，這又使第一信號光纖6的彎曲損耗變化，通過測試單元5可得到第一信號光纖6彎曲損耗變化的大小，并傳遞給處理單元7，處理單元7推算出柱體10所受應(yīng)力的大小。由于在柱體 10上的波形槽4的相對兩側(cè)有眾多相互對應(yīng)的波峰和波谷，從而使第一信號光纖6的有效彎曲部分的長度大大延長，一方面減少了第一信號光纖6的彎曲曲率，另一方面提高該裝置的精度，同時也大大延長了第一信號光纖6的使用壽命。優(yōu)選的，所述的柱體10是圓柱體。優(yōu)選的是所述的波形槽4以螺旋形分布于柱體10的外表面、內(nèi)表面或柱體10的內(nèi)部。優(yōu)選的，有兩條或兩條以上的波形槽4布設(shè)于柱體10上，進一步優(yōu)選的是多條波形槽4是互相平行的。一種優(yōu)選的做法是，所述的波形槽4的寬度從柱體的一端到另一端是相同的。一種優(yōu)選的做法是，所述的波形槽4的寬度從柱體的一端到另一端是變化的，這樣可以進一步加大柱體10的變形范圍。所述的柱體10的材料是不銹鋼、高分子材料、銅合金材料或復(fù)合材料。從柱體10的一端至另一端、分布于柱體10上波形槽4內(nèi)的波峰的高度、波峰間距或波峰頂端的曲率是變化的，如波峰高度是遞增或遞減的、波峰間距是遞增或遞減的、波峰頂端的曲率是遞增或遞減的。所述第一信號光纖6為外部包有多層保護層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等；所述第一信號光纖6也可以是塑料光纖、多芯光纖、細徑光纖或光子晶體光纖；或是多根第一信號光纖6并排夾持于波形槽4相對面的波峰間，或是多根第一信號光纖6通過樹脂合并為信號光纖束或信號光纖帶。所述第一信號光纖6和延長光纖1外部包覆有防水材料，如防水油膏，可進一步防止水分子對第一信號光纖6和延長光纖1的侵蝕，延長了第一信號光纖6和延長光纖1的使用壽命。實施例2如圖3所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述的波形槽4中的波峰頂端有凹槽12，優(yōu)選的，所述的凹槽12是V形槽，第一信號光纖6安置于該凹槽內(nèi)。本實施例中， 其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。實施例3如圖4所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述的波形槽4中的相對兩側(cè)的波峰間、與第一信號光纖6并排夾持有第二信號光纖8。本實施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(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，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于在柱體(10)上分布有波形槽(4)，波形槽(4)的相對兩面上分別具有相互交錯對應(yīng)的波峰和波谷，且在波形槽(4)的相對兩面的波峰之間夾有第一信號光纖(6)，第一信號光纖(6)通過延長光纖(1)接測試單元(5)，在測試單元(5)后面接處理單元(7)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于有兩條或兩條以上的波形槽(4)布設(shè)于柱體(10)上。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于兩條或兩條以上的波形槽(4)是互相平行的。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述的波形槽 (10)以螺旋的方式分布于柱體(10)上。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述的波形槽 (4)的寬度從柱體(10)的一端到另一端是相同的。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述的波形槽 (4)的寬度從柱體(10)的一端到另一端是變化的。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于從柱體(10)的一端至另一端、分布于柱體(10)上波形槽(4)內(nèi)的波峰的高度、波峰間距或波峰頂端的曲率是變化的。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述的波形槽 (4)中的波峰頂端有凹槽(12)。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述的波形槽 (4)中的相對兩側(cè)的波峰間、與第一信號光纖(6)并排夾持有第二信號光纖(8)。
10.按照權(quán)利要求1所述的一種波形槽柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述的第一信號光纖(6)被防水材料包覆。
專利摘要本實用新型公開了一種波形槽柱體光纖傳感裝置，在柱體(10)上分布有波形槽(4)，波形槽(4)的相對兩面上分別具有相互交錯對應(yīng)的波峰和波谷，且在波形槽(4)的相對兩面的波峰之間夾有第一信號光纖(6)。當柱體(10)在應(yīng)力下變形時，在柱體(10)上的波形槽(4)內(nèi)的相對兩側(cè)的波峰之間的距離會改變，從而使夾持于兩者波峰間的第一信號光纖(6)的彎曲曲率變化，導致第一信號光纖(6)的彎曲損耗變化，通過測試單元(5)和處理單元(7)可推算出柱體(10)所受應(yīng)力的大小。通過將柱體(10)和微彎結(jié)構(gòu)的波形槽(4)的有機結(jié)合而構(gòu)成了新型傳感裝置。
文檔編號G01L1/24GK202141547SQ20112019828
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司