[发明专利]一种预紧组合结构内微间隙层间光子晶体光纤压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其涉及一种预紧组合结构内微间隙层间光子晶体光纤压力传感器。

背景技术

预紧组合结构是指具有几种不同材质及不规则几何形状的部件组合在一起的紧密结构，部件间间隙只有几百微米，在某些应力集中的地方夹一层如海绵橡胶、胶带等缓冲垫层材料，形成的一种特殊的结构。这种结构装配时在外部施加一个预紧力，此预紧力传递到内部组件上形成压力，用于防止其部组件出现滑移、结构失稳等现象，导致整个结构件性能下降，并且预紧结构部组件上下件之间间隙小，普通压力传感器无法安装和测量。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种预紧组合结构内微间隙层间光子晶体光纤压力传感器。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种预紧组合结构内微间隙层间光子晶体光纤压力传感器，包括三根保偏光子晶体光纤和基底材料，所述保偏光子晶体光纤为经多次弯曲折叠后的保偏光子晶体光纤，三根所述保偏光子晶体光纤的一面与所述基底材料粘接，另一面与缓冲垫层接触，相邻两根所述保偏光子晶体光纤的中心线之间夹角为45°。

具体地，所述保偏光子晶体光纤包括光子晶体纤芯、包层和缓冲涂覆层，所述缓冲涂覆层内包覆有所述包层，所述包层内包覆有所述光子晶体纤芯。

具体地，所述包层和所述光子晶体纤芯内设置有多个通孔。

作为优选，所述基底材料采用聚四氟乙烯薄膜基底、纸基底或金属基底。

本发明的有益效果在于：

本发明一种预紧组合结构内微间隙层间光子晶体光纤压力传感器，采用了保偏光子晶体光纤，利用其体积小、易弯曲、灵敏度高、抗温度干扰、抗电磁干扰和辐射、本质安全等优势，解决了目前的压力传感器不能测量狭小空间内不规则平面的问题。

附图说明

图1是本发明的安装结构示意图；

图2是本发明所述保偏光子晶体光纤的结构示意图；

图3是本发明的结构详图；

图4是本发明的实施例结构示意图。

图中：1-保偏光子晶体光纤，2-基底材料，3-预紧结构上件，4-缓冲垫层，5-预紧结构下件，6-光子晶体纤芯，7-包层，8-缓冲涂覆层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图3所示，本发明一种预紧组合结构内微间隙层间光子晶体光纤压力传感器，包括三根保偏光子晶体光纤1和基底材料2，保偏光子晶体光纤1为经多次弯曲折叠后的保偏光子晶体光纤1，三根所述保偏光子晶体光纤1的一面与所述基底材料2粘接，另一面与缓冲垫层4接触，缓冲垫层4上部为预紧结构上件3，基底材料2的下部为预紧结构下件5，相邻两根保偏光子晶体光纤1的中心线之间夹角为45°，从而获得0°、45°和90°三个轴向的压力信息。

如图2所示，保偏光子晶体光纤1包括光子晶体纤芯6、包层7和缓冲涂覆层8，缓冲涂覆层8内包覆有包层7，包层7内包覆有光子晶体纤芯6。包层7和光子晶体纤芯6内设置有多个通孔。

作为优选，基底材料2一般选用聚四氟乙烯薄膜作为基底材料，也可采用纸基底、金属基底等。

如图4所示，为本发明的另一种实施例：多根未经弯曲折叠的保偏光子晶体光纤1相互平行粘结在基底材料2上，另外多根未经弯曲折叠的保偏光子晶体光纤1之间相互平行，且与粘结在基底材料2上的多根未经折叠的保偏光子晶体光纤1相互垂直并接触，组成传感网络。

在本发明中，采用光纤熔接方法即可简单地将保偏光子晶体光纤1和普通传输光纤连接，便于传感器探头与其他设备连接。基底材料2是将保偏光子晶体光纤1固定在其下一面的中间介质，可以使用两面带面胶的薄膜材料，也可使用两面带静电的薄膜材料。

本发明传感器的传感原理是由高折射率保偏光子晶体光纤1组成Sagnac环，当其横向受压时，在光纤截面内产生应力应变，根据弹光效应等效至x、y两个主方向上的应力，会导致光纤中对应方向折射率n_x、n_y变化，从而改变其双折射率，导致Sagnac环中透射干涉谱相位变化，使得干涉谷值尖峰会向某一方向移动，通过标定寻找到波长值移动与压力的对应关系，即可以实现对压力的测量。

当对其施加预紧力时，保偏光子晶体光纤1受到横向压力，在保偏光子晶体光纤1截面内产生应力，导致保偏光子晶体光纤1中对应方向折射率变化，导致Sagnac环中透射干涉谱相位变化，从而可以获知横向压力的大小。

本发明传感器能够根据测量对象的特殊性，还可以设计成平行多栅光纤传感器及各种角度的多轴压力传感器来感知不同轴向的压力。