[实用新型]一种基于OTDR的分布式光纤压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种压力测量的光纤传感器，属于光纤传感测量领域。

背景技术

光纤压力传感器具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高等许多独特的优点，可对桥梁、楼宇、大坝、隧道等建筑结构关键点的压力与应变进行无损监测，已获得广泛的应用。目前常用的光纤压力传感器主要有光纤光栅型应力传感器和光纤微弯压力传感器，由于光纤光栅的制作成本较高，应用受到限制。

专利公布号CN87107210A，发明名称为微弯光纤应力计，该技术采用两块相对互相错开的波纹板及夹在两块板之间的信号光纤进行测量，其技术特点是增加一根参考光纤用以抵消温度变化导致的测量误差，但是该传感器需要两块波纹板严格对齐，且无法进行多点分布式测量。

专利公布号CN102147303A，发明名称为一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，该技术采用弹性板和齿板间夹信号光纤进行测量，结构相对简单，但当压力过大时齿板易导致光纤端面挤压成椭圆柱形甚至损坏，也主要用于单点的压力测量。

针对这种现象，本实用新型提出了一种基于OTDR的分布式光纤压力传感器。该传感器包括光纤分束器、一根多模光纤和具有弹性支撑作用的橡胶片。将多模光纤以上下矩形弯折缝合结构和直线结构依次周期性插入具有弹性支撑作用的橡胶片中，从而形成对压力的分布式测量。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有光纤微弯压力传感器存在的技术不足，提供一种结构简单、制备方便、成本低廉且灵敏度高的分布式光纤压力传感器。

解决上述问题的技术方案是：一种基于OTDR的分布式光纤压力传感器，包括光纤分束器、一根多模光纤和具有弹性支撑作用的橡胶片。所述的多模光纤以周期性结构插入具有弹性支撑作用的橡胶片中，每个周期包括5-10个矩形弯折结构和一段直线结构。多模光纤一个完整的矩形弯折长度约为1.5～2mm，矩形弯折的高度约为0.5～1mm，一个直线结构长度约为15～20cm。所述的光纤分束器将光路分成入射光通道和反射回的反射光通道。

将光脉冲耦合入多模光纤，当遇到矩形弯折结构时会产生较强的后向菲涅尔散射并从光纤分束器导出，由于相邻矩形弯折间距很小，多模光纤一个周期结构内的多个矩形弯折结构的菲涅尔反射会形成一个反射光脉冲，但相邻周期结构的反射光脉冲不会混叠。当弹性支撑橡胶片某处外界压力改变时，橡胶片将压力传递给多模光纤，致使其形变，从而导致该处的后向反射光脉冲强度发生变化，因此可达到分布式测量的目的。

对于不同多模光纤，矩形弯折的长度可由模式耦合理论得出。多模光纤中m模和m-1模的传播常数差可表示为