专利名称：一种基于光纤微弯损耗的压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器，特别是涉及一种利用柔性材料的变形特征，和光纤 的微弯损耗进行压力传感的装置。
背景技术：
传统的压力传感器，测量压力的方法很多，有应变片测量法、光学测量法、霍尔效 应测量法、光栅尺测量法等等。但目前的诸多测量方法都不利于远程测量与监控，尤其受外 界强电信号干扰太大，远程传输失真严重，测量机构复杂，可靠性差，不利于维护。另外，对 于易燃易爆环境现在所有利用电测的方法都不适宜，因为任何一点电火花都可能引起严重 的火灾或爆炸事故，造成不可估量的损失。而光纤应力传感器具有诸多优点，受到人们的关 注。如光纤光栅应力传感器，人们研究的较多，光纤光栅解调成本较高，应用受到限制。光纤微弯传感器是1980年J. N. Fields和J. H. Cole首次提出的，属于光强调制型 光纤传感器。它的工作原理是基于光纤的微弯而产生的光强损耗。当光纤微弯时，发生模式 藕合，导模散射为辐射模，从而产生微弯损耗。光纤微弯传感器除了有一般光纤传感器所具 有的灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、本质安全等的优点以外，还有结构简单、所需部件少、 造价低、容易装配等优点。特别是利用光时域分析仪技术还能组成分布式光纤测试系统，具 有非常重要的应用价值和现实意义。中国发明专利CN87107210公开了一种“微弯光纤应力计”，其是利用两块具有相 对的、互相错开的波纹表面的板，和一根夹在两块板之间的信号光纤来实现应力的传感，其 缺点是两块板的凹凸波纹必须对准，这就需要一些附件保证，并在生产中需要调整，从而不 利于降低成本和大批量生产。现有的光纤微弯传感器均是需要两个凹凸交错对应的机构， 而使光纤微弯传感器的生产需要较高的精度，这不利于该类光纤传感器的成本降低和批量 生产，妨碍了此类光纤传感器的推广和使用。

发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种利用柔性材料在压力下易变形的 特点，以及光纤微弯时产生光强损耗，压力变化通过柔性材料的变形改变光纤弯曲损耗的 光纤微弯压力传感器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于光纤微弯损耗的压力 传感器，其包括由柔性材料构成的弹性板，和由刚性材料构成的具有变形齿的齿板，所述的 弹性板和齿板的变形齿间夹有信号光纤。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的具有变形齿的齿板是由轧纹金属带 构成的。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的在弹性板的和齿板的变形齿间夹有 信号光纤的表面上分布有与变形齿平行的波纹。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的柔性材料是发泡材料，如海绵、发泡橡胶。本发明解决进一步技术问题的方案是所述的信号光纤夹在两片柔性薄片中间， 然后它们共同夹在所述的弹性板和齿板的变形齿间。本发明解决进一步技术问题的方案是一个套管将所述弹性板和齿板、以及弹性 板和齿板的变形齿间夹持的信号光纤整体包裹，在该套管的空隙中填充有阻水材料。本发明解决进一步技术问题的方案是一根参考光纤在所述的套管内。本发明解决进一步技术问题的方案是在所述套管的外部有外护层，该外护层可 以是高分子材料，也可以是金属材料。本发明解决进一步技术问题的方案是在外护层里或外护层与套管之间有加强元 件。综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、 使用效果好，相较于现有技术，本发明的基于光纤微弯损耗的压力传感器的生产过程中，弹 性体与齿板不需要精确对准，大幅度降低了对工艺、设备的要求，使生产成本大大降低，并 且不影响对压力的探测，同时弹性体对信号光纤也具有一定的保护作用，防止过大的外力 对信号光纤的冲击；当有压力作用在弹性板时，弹性板会根据齿板的变形齿变形，同时也使 信号光纤产生了弯曲变形，从而改变信号光纤的弯曲损耗。这样将压力信号转化为光信号， 通过信号光纤传输，可以实现远端测量或分布式测量，并且精度高，可靠性好。下面通过附图和实施例，对发明的技术方案做进一步的详细描述。


图1为本发明的基于光纤微弯损耗的压力传感器的第一具体实施方式
的结构示 意图。图2为本发明得第二具体实施方式
的结构示意图。图3为本发明得第三具体实施方式
的结构示意图。图4为本发明得第四具体实施方式
的结构示意图。附图标记说明1-信号光纤；2-弹性板； 3-柔性薄片；4-齿板； 5-轧纹金属带；6-弹性板表面波纹10-套管；20-阻水材料；
具体实施例方式实施例1如图1所示，本发明包括由柔性材料构成的弹性板2，和由刚性材料构成的具有变 形齿的齿板4，所述的弹性板2和齿板4的变形齿间夹有信号光纤1。实际加工制作时，所 述的在弹性板2的和齿板4的变形齿间夹有信号光纤1的表面上分布有与变形齿平行的波 纹6。本实施例中，所述由柔性材料构成的弹性板2，在压力作用下，弹性板2的下表面 向所述的齿板4挤压，在齿板4上的变形齿会导致弹性板2的部分变形，而该部分的变形使 直接作用于信号光纤1上，并与齿板4配合，使信号光纤1产生弯曲变形，从而改变信号光纤1的弯曲损耗，从而实现对信号光纤1中光强的调制。在弹性板2上的与变形齿平行的 波纹6的存在，可以减少弹性板变形的阻力，从而改变信号光纤1更易变形弯曲。这样将压 力信号转化为光信号，通过光纤传输，可以实现远端测量或分布式测量，并且精度高，可靠 性好。同时解决一些例如电磁干扰等问题，从而也进一步提高传感器的精度、可靠性并降低 成本，再者也可以将其与数字化、集成化和自动化结合，研制出简便且可以广泛应用的传感
ο实施例2如图2所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述齿板4是由轧纹金属带构成； 实际加工制作时，充分利用光缆厂家现有的轧纹机来制作轧纹金属带，可根据需要调整轧 纹的深度和节距，从而进一步降低本专利的实施成本。本实施例中，其余部分的结构、连接 关系和工作原理均与实施例1相同。实施例3如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是在所述弹性板2，和由刚性材料构 成的具有变形齿的齿板4之间的信号光纤1上，有两片柔性薄片6夹住信号光纤1，这样可 以进一步保护信号光纤防止在实际使用中的压力过大对信号公司1造成损害。本实施例 中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例4实施例4如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是所述套管10将所述的弹性板2、 齿板4以及，所述的弹性板2和齿板4间夹持的信号光纤1整体包裹，在该套管10的空隙 中填充有阻水材料20。本实施例中，由于所述套管10将弹性板2和齿板4，及信号光纤1整体包裹，从而 使本传感器可以在实际环境使用时，抵御外界拉力、压力、鼠咬等破坏力的影响，从而真正 成为可以使用的传感器，为提高本传感器使用寿命，在套管的内部填充有阻水材料20。其余 部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于包括由柔性材料构成的弹性 板，和由刚性材料构成的具有变形齿的齿板，所述的弹性板和齿板的变形齿间夹有信号光纤。
2.按照权利要求1所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于所述的具 有变形齿的齿板是由轧纹金属带构成的。
3.按照权利要求1所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于所述的在 弹性板上的、与齿板的变形齿间夹有信号光纤的表面上分布有与变形齿平行的波纹。
4.按照权利要求1所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于所述的柔 性材料是发泡材料，如海绵、发泡橡胶。
5.按照权利要求1所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于所述的信 号光纤夹在两片柔性薄片中间，然后它们共同夹在所述的弹性板和齿板的变形齿间。
6.按照权利要求1所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于一个套管 将所述弹性板和齿板、以及弹性板和齿板的变形齿间夹持的信号光纤整体包裹。
7.按照权利要求6所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于在所述的 套管的空隙中填充有阻水材料。
8.按照权利要求6所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于一根参考 光纤在所述的套管内。
9.按照权利要求6所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于在所述套 管的外部有外护层，该外护层是高分子材料或金属材料。
10.按照权利要求9所述一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其特征在于在外护层 里或外护层与套管之间有加强元件。
全文摘要
本发明公开了一种基于光纤微弯损耗的压力传感器，其包括由柔性材料构成的弹性板，和由刚性材料构成的具有变形齿的齿板，所述的弹性板和齿板的变形齿间夹有信号光纤。因弹性板具有变形能力，在压力作用下，弹性板的部分会按照齿板的变形齿改变，同时就会是信号光纤变形弯曲，就对信号光纤内传输的信号光产生弯曲损耗，从而达到将压力信号转化为光信号的目的。本发明结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，若通过光时域反射计等测试仪器可以做到分布式压力测量。
文档编号G01L1/24GK102147303SQ20101011153
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者杜兵, 杜蔚, 杜迎涛 申请人:西安金和光学科技有限公司