[发明专利]具有缓冲结构的曲线型光纤传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感技术领域的光纤传感器，具体是一种具有缓冲结构的曲线型的高精度应力参数测试的光纤传感器。

背景技术

现有光纤传感器的种类非常多，主要包括光强度调整型光纤传感器、光纤光栅传感器、光纤干涉传感器等多种类型，后两者的特点是传感灵敏度高，但是实际应用过程中，存在设备复杂、使用运行成本高等缺陷和不足，从而使得光纤传感器的应用推广受到很大限制。尤其是对较高灵敏度的光纤传感器，其会响应使用过程中各种环境条件的改变情形，如光纤干涉传感器，由于其灵敏度很高，但当其应用于实际条件下后，发现温度、气压、振动等环境因素均会对其工作参数造成影响，因而实际使用时，不得不采取多种措施来防止和剔除上述环境因素的影响，从而使得其监测设备的结构越来越趋于复杂，运行使用成本大幅提高。

而光纤微弯传感器是一种光强度调制的传感器，具有成本低、灵敏度高、具有一定的环境抗干扰能力的特点，其实现方案是基于光纤的弯曲或微弯损耗来实现的。通过改变光纤的弯曲程度，从而导致输出光功率的变化。

光功率损耗的原理是：当光纤受到弯曲扰动的时候，将会产生弯曲损耗，主要是微弯损耗和宏弯损耗。两者弯曲损耗均是由于光纤弯曲时导致纤芯中的部分导模耦合至包层引起的，两者损耗可以根据Marcuse的理论公式计算弯曲损耗大小，其公式如下：

P_OUT＝P_IN exp(-γS)

其中，Pout和Pin分别为输出和输入光功率，γ是弯曲损耗系数，S为弯曲弧长。可以看出光纤的弯曲损耗系数γ越大，即光纤弯曲半径越小，则损耗越大，但弯曲半径过小会导致光纤寿命大幅度减少，影响衰减器的使用寿命，所以实际应用中光纤的弯曲半径是受限制的；另一方面，在相同的弯曲损耗系数γ下，若增加弯曲弧长S，则可增大衰减，可以通过大幅度增加弯曲弧长S，达到大幅度提高光纤衰减器的动态范围和精度的目的。

在光纤微弯传感器中的光纤出现弯曲时，光纤的长度要么伸长，要么从未出现弯曲的部分移动一些补充，光纤的伸长将使光纤所承受应力增加，影响了光纤的使用寿命，但随着弯曲弧长S的增加，连续的光纤弯曲导致光纤被迫伸长的现象将会明显的出现，这样限制了该类光纤传感器的使用寿命。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，该传感器结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、具有一定的环境抗干扰能力、灵敏度高，由于缓冲结构的光纤的存在，延长了该光纤传感器的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有缓冲结构的曲线型光纤传感器，其特征在于：一个曲线型壳体内部的相对两侧分别安置有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，所述的A侧变形齿和B侧变形齿呈交错对应，并在A侧变形齿和B侧变形齿之间夹有信号光纤，但信号光纤的其中至少一段作为缓冲信号光纤没有夹持在变形齿间，曲线型壳体的两端受应力作用时曲线型壳体两端的位置改变，并导致曲线型壳体中所述的A侧变形齿和B侧变形齿之间位置改变，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤的弯曲曲率改变而导致信号光纤的长度有伸长或缩短趋势时，缓冲信号光纤会移动来吸纳或弥补因弯曲曲率变化而导致的信号光纤长度的伸长或缩短。

当曲线型壳体的两端位置变化时，如曲线型壳体在拉应力下伸长、或在压应力下缩短，则构成曲线型壳体中的所述的A侧变形齿和B侧变形齿间位置增大或减小，从而使夹在两者变形齿间的信号光纤的弯曲曲率减小或增大而导致信号光纤的长度缩短或伸长，信号光纤在应力作用下的拉伸会伸长，从而增加了光纤所受到的应力，导致光纤使用寿命的减少，而缓冲信号光纤的出现，使信号光纤的伸长或缩短有了相应的补偿，从而大幅度降低了信号光纤所受到的应力，延长了信号光纤的使用寿命。

本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的缓冲信号光纤是从曲线型壳体中的一点以切线方向离开曲线型壳体、又在另一点以切线方向进入曲线型壳体的信号光纤。

本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的缓冲信号光纤放置于托盘上。

本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的托盘与曲线型壳体相连接。

本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的信号光纤的延长光纤接测试单元。

本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的信号光纤被防水材料包覆。

本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是：所述的防水材料是阻水油膏。