一种光纤位移传感器的制作方法

本实用新型属于结构安全监测设备技术领域，具体涉及一种光纤位移传感器。

背景技术：

对于结构健康监测，位移是最为重要的监测物理量之一。传统的电测量位移传感器由于其抗电磁干扰能力弱，在搬运、率定、安装埋设及混凝土振捣过程中易损坏，且测量误差常较大，难以实现长期、稳定和远距离的测量。而光纤传感器具有频带宽、抗干扰能力强、质量轻、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好及安全可靠等优点受到了国内外学者的广泛关注。

光纤传感器按光波在光纤中被调制的原理可以分为：光强调制型、相位调制型、偏振态调制型和波长调制型等几种形式。其中基于光纤弯曲损耗原理的光纤位移传感器属于光强调制型光纤传感器。光纤弯曲损耗是光纤的弯曲半径小于光纤的临界弯曲半径引起的附加损耗。在早些年，随着光纤弯曲损耗被学者们所认识，国外有学者提出了两种用于监测结构裂缝的分布式光纤传感器，都可以确定结构裂缝产生的位置与大小。为了提高基于OTDR(Optical Time Domain Reflect meter)的串联式光纤宏弯曲损耗型位移传感器的测量精度，也有学者提出了一种光纤环形干涉位移传感器，并进行了实验研究。结果表明该传感器虽然很经济适用，但光缆引起的测量误差仍然需要进一步改进。另外也有学者在橡皮管上螺旋缠绕光纤的传感结构，设计了一种大量程分布式光纤位移传感器，采用OTDR分析结构产生位移的大小以及定位位移异常偏大的位置，最大量程为17mm。还有一种方式则是点式光纤裂缝传感器，仍采用OTDR分析结构裂缝的开度，但该传感器理论量程只有26mm，且光纤在大的变形中容易拉断。在上述研究中无论是结构的应变、裂缝、变形或位移量与光纤弯曲损耗的之间都呈复杂的非线性关系，传感器的量程比较小，不利于光纤弯曲损耗传感器的在大的结构变形和裂缝监测或检测中的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目在于提供一种光纤位移传感器，解决了现有位移传感器中存在的高灵敏度和大量程不能兼得的问题。

本实用新型采用的技术方案为，一种光纤位移传感器，包括一端开口的长方箱体结构的基座，基座开口端内嵌滑动盖，基座内相对侧面的中部之间设置有光纤缠绕轴，光纤缠绕轴上两端分别固定有齿轮，基座内还设置有拉杆a，拉杆a一端连接滑动盖，另一端穿出基座，且拉杆a和齿轮啮合，光纤缠绕轴上连接光纤固定块，还包括传感光纤，传感光纤一端连接稳定光源，另一端连接光功率计，传感光纤中部穿入基座固定于光纤固定块上，基座外远离拉杆a穿出方向连接拉杆b。

本实用新型的特点还在于：

传感光纤与滑动盖固定连接。

基座内相对侧面相对位置均开设有凹槽，光纤缠绕轴两端均连接有滚轴，每个滚轴设置于凹槽内。

拉杆a包括相互平行的滑动齿条a、滑动齿条b，滑动齿条a、滑动齿条b均穿出基座，且穿出基座一端通过连杆连接，滑动齿条a、滑动齿条b分别与光纤缠绕轴两端的齿轮啮合。

滑动齿条a、滑动齿条b位于基座内部一端均固定连接滑动盖。

传感光纤外套接有热缩套筒。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种光纤位移传感器，以螺旋缠绕光纤和U型回转的方式，得到了大量程、高精度的基于弯曲损耗的位移传感器，克服了以这种弯曲损耗为原理的传统位移计中被测量与光损耗的非线性关系，具有广阔的应用前景；增加了光纤位移传感器的灵敏度，光纤在缠绕过程中受力更加均匀，增加了光纤位移传感器的量程，有很好的使用价值。

附图说明

图1是本实用新型一种光纤位移传感器俯视图；

图2是本实用新型一种光纤位移传感器后视图。

图中，1.基座，2.光纤缠绕轴，3.齿轮，4.拉杆a，5.光纤固定块，6.传感光纤，7.稳定光源，8.光功率计，9.拉杆b，10.凹槽，11.滚轴，12.滑动盖，13.热缩套筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种光纤位移传感器，如图1、图2所示，包括一端开口的长方箱体结构的基座1，基座1开口端内嵌滑动盖12，基座1内相对侧面的中部之间设置有光纤缠绕轴2，光纤缠绕轴2上两端分别固定有齿轮3，基座1内还设置有拉杆a4，拉杆a4一端连接滑动盖12，另一端穿出基座1，且拉杆a4和齿轮3啮合，光纤缠绕轴2上连接光纤固定块5，还包括传感光纤6，传感光纤6一端连接稳定光源7，另一端连接光功率计8，传感光纤6中部穿入基座1固定于光纤固定块5上，基座1外远离拉杆a4穿出方向连接拉杆b9。

传感光纤6与滑动盖12固定连接，能够在光纤缠绕轴2朝不同方向转动时，防止基座1内部的传感光纤12堆积，影响实验结果。

基座1内相对侧面相对位置均开设有凹槽10，光纤缠绕轴2两端均连接有滚轴11，每个滚轴11设置于凹槽10内。

拉杆a4包括相互平行的滑动齿条a、滑动齿条b，滑动齿条a、滑动齿条b均穿出基座1，且穿出基座1一端通过连杆连接，滑动齿条a、滑动齿条b分别与光纤缠绕轴2两端的齿轮3啮合。

滑动齿条a、滑动齿条b位于基座1内部一端均固定连接滑动盖12。

传感光纤6外套接有热缩套筒13。

本实用新型一种光纤位移传感器的使用方法如下：

首先将被监测的结构一端固定于拉杆a4上，另一端固定于拉杆b9位于基座1外部一端；打开稳定光源7，通过光功率计8记录初始值I0；再次间隔设定时间后，再次记录光功率计8的读数I1；最后通过读数I0和读数I1带入公式D＝K(I0-I1)中，计算出结构位移的宽度，其中式中D表示结构位移宽度，K为传感器的标准系数。

本实用新型一种光纤位移传感器工作原理如下：

本实用新型的光纤位移传感器中传感光纤6一部分缠绕于光纤缠绕轴2上，将拉杆a4和拉杆b9分别与结构固接，当结构损伤出现位移时，拉杆末端的拉杆b9开始运动，拉杆b9同时带动滑动齿条a、滑动齿条b开始运动，滑动齿条a、滑动齿条b的带动与其相啮合的齿轮3，由于齿轮3与光纤缠绕轴2固定连接，则光纤缠绕轴2围绕其轴线原地转动；当齿轮3开始做圆周运动时，传感光纤6缠绕在光纤缠绕轴2上，通过光功率计8计算出缠绕在光纤缠绕轴2上的传感光纤6长度，从而计算出结构裂缝的宽度，当D为正数时，表示结构位移展开；当D为负数时，表示结构位移闭合。

下面采用本实用新型一种光纤位移传感器以及使用方法来检测一结构的展开状况：

通过信号传感光纤6连接波长为1550nm的稳定光源7和光功率计8，光纤缠绕轴2直径15mm，齿轮3的齿数均为15个，各齿条与传动齿轮的模数1。已知传感器的标准系数K为7.1mm/db，将拉杆a4和拉杆b9分别与被监测结构固接，测得读数I1为5.592db，读数I0为7.00db，带入公式中可得D＝10.00mm，可知被测结构位移展开了10.00mm。

通过上述方式，本实用新型一种光纤位移传感器以螺旋缠绕光纤并以U型回转的方式，得到了大量程、高精度的基于弯曲损耗的位移传感器，克服了以这种弯曲损耗为原理的传统位移计中被测量与光损耗的非线性关系，具有广阔的应用前景，使用过程中，增加了光纤位移传感器的灵敏度，光纤在缠绕过程中受力更加均匀，增加了光纤位移传感器的量程，有很好的使用价值。