专利名称：光纤双向应变－位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤双向应变-位移传感器，属光电子器件技术领域。
技术背景传统用于建筑结构的传感器有机械电容式、电涡流式、电感式及光电式等，这些传感器都存在零漂需间断地标定、导线长度短、量程小、需电绝缘、不耐高压和腐蚀、受温度和电磁干扰影响较大、对环境要求严格等缺点。新出现的Elastica型光纤传感器基于光纤弯曲损耗的传感机理，通过对单一的自由悬垂光纤段的两端施加力或力矩，使其变形而导致光纤的输出功率产生变化，从而测定物体的应变量；该传感器的端光纤在施加力或力矩时两端的侧面是不受力的，而是通过自由悬垂光纤的变形实现对光纤弯曲损耗的控制，因而具有成本低、适应性强的优点。但该传感器只适用于压缩变形，若欲获取拉伸变形，就必须先预弯传感段光纤，由此会不可避免地导致光信号损耗和量程的降低。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有光纤传感器件预弯损耗和量程降低的问题，利用光纤弯曲损耗的特点，提供一种光纤双向应变-位移传感器，本实用新型的技术方案是该传感器包括相互配合的“L”形和“F”形敏感基片(1)、(6)，以及粘贴在敏感基片上的光纤(5)，光纤(5)的中段通过粘贴在敏感基片的三个凸起端头上、形成两段自由悬垂光纤(2)和(4)；在两段传感光纤之间还可预留出用于分布式测量的时间延迟光纤(3)。敏感基片为普通光纤应变片，如铜片、钢片、铝片；光纤在敏感基片上的粘贴采用普通方法，如环氧树脂。
当检测对象发生形变时，粘贴在检测对象上的光纤双向应变-位移传感器的敏感基片自由端随之发生位移变化。当基片受拉时，拉敏区的间距减小，位于该区的自由悬垂光纤变弯；与此同时，压敏区的间距增大，光纤被拉直。反过来，当基片受压时，压敏区的间距减小，位于该区的自由悬垂光纤变弯；与此同时，拉敏区的间距增大，光纤被拉直。这样，不论受拉或压，通过获取光纤的弯曲损耗就可获得物体的变形情况。
本实用新型由于采用在敏感基片上的两个敏感区的结构，一个用于测量拉伸的拉敏区，一个用于测量压缩的压敏区，因此解决了光纤预弯损耗和量程降低的问题，并还具有以下优点1.模块性强该传感器基于简单的光强调制原理，既能与OTDR组成分布式光纤传感器，又能与LED光源和光功率计配合组成点式传感器；2.适合分布式测量对选取的分布式光纤传感器的两个取样点，进行差分运算，可有效消除光源漂移的影响，实现检测信号的自定标，为绝对测量模式。
3.结构简单、易于制作由于仅涉及两片敏感基片和普通通信光纤，操作者很容易熟练掌握使用。
4.量程大由于拉、压应变区的引入，使检测量程加大了一倍，可对结构裂缝进行实时检测。
图1为本实用新型结构示意图，1“L”型敏感基片，2拉敏区的自由悬垂光纤，3延时光纤，4压敏区的自由悬垂光纤，5光纤，6“F”型敏感基片，图2为本实用新型拉伸工作机理示意图，图3为本实用新型压缩工作机理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
例1如图1所示，该光纤双向应变-位移传感器包括相互配合的“L”型和“F”型光纤应变敏感基片(1)、(6)，以及用环氧树脂粘贴在光纤应变基片(铜片)上的光纤(5)；光纤(5)的中段粘贴在光纤应变片基片三个凸起端头上，形成两段自由悬垂光纤(2)和(4)。
该传感器的传感元件是位于两粘接点之间的自由悬垂光纤(2)和(4)，拉敏区的长度为dt、压敏区的长度为dc，即敏感基片凸起端头或光纤粘接点之间的间距。通常粘贴于拉敏区和压敏区的自由悬垂光纤的长度为lt(＞dt)和lc(＞dc)，当被测的物体发生应变或形变时，粘贴在物体上的传感器敏感基片就会随着被测物产生相应的伸缩变化，并带动粘贴于其端头上的光纤发生弯曲(如图2、3所示)，从而形成一种损耗调制的光纤传感器。
在光纤两端分别接入LED光源和光功率计，就可实现光纤传感器的点式测量。通过对实验数据平均值的拟合，弯曲损耗(损耗量Δα，单位dB)与位移(位移量Δd，单位mm)有如下关系Δα＝0.012Δd3+1.352Δd2-0.093Δd+2.651。
点式测量的步骤为1.将LED光源接入光纤双向应变-位移传感器的一端；2.将光功率计接入光纤双向应变-位移传感器的另一端；3.根据上述公式，由光功率计的读数确定出位移参量。
例2如图1所示，该光纤双向应变-位移传感器包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片(1)、(6)，以及用环氧树脂粘贴在敏感基片(铝片)上的光纤(5)；光纤(5)中段粘贴在敏感基片三个凸起端头上，形成两段自由悬垂光纤(4)，三个粘贴点为(2)；在两段传感光纤之间还预留有用于分布式测量的时间延迟光纤(3)。
在光纤的一端接入OTDR(光时域反射计)，即可沿光纤进行多点检测，实现光纤传感器的分布式测量。由于具有时间延迟光纤(3)，因此光纤双向应变-位移传感器的位移方向可由OTDR在高空间分辨时的轨迹识别。通过对实验数据平均值的拟合，弯曲损耗(损耗量Δα，单位dB)与位移(位移量Δd，单位mm)有如下关系Δα(Δd)≈0.130-0.439×10-3Δd+0.695Δd2+0.426×10-4Δd3分布式测量的步骤为1.将光纤双向应变-位移传感器的一端光纤接入OTDR；2.对传感器的时分复用进行地址编码，确定取样位置；3.根据上述公式，从OTDR中的取样位置获得传感光纤的光纤损耗，确定出位移参量；4.在空间高分辨下，由OTDR轨迹识别出拉、压应变。
权利要求1.一种光纤双向应变-位移传感器，其特征在于它包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片(1)、(6)，以及粘贴在敏感基片上的光纤(5)，光纤(5)的中段粘贴在敏感基片三个凸起端头上，形成两段自由悬垂传感光纤(2)和(4)。
2.根据权利要求1所述的光纤双向应变-位移传感器，其特征在于在两段悬垂传感光纤之间还可预留出用于分布式测量的时间延迟光纤(3)。
专利摘要本实用新型涉及一种光纤双向应变－位移传感器，属光电子器件技术领域。包括相互配合的“L”型和“F”型敏感基片，以及粘贴在敏感基片上的光纤，光纤的中段通过三个粘贴点粘贴在敏感基片三个凸起端头上、形成拉敏和压敏两段自由悬垂光纤。本传感器解决了光纤预弯损耗和量程降低的问题，具有模块性强，适合分布式测量，结构简单、易于制作，量程大等优点。
文档编号G01D5/26GK2747542SQ200420104590
公开日2005年12月21日 申请日期2004年11月25日 优先权日2004年11月25日
发明者李川 申请人:昆明理工大学