专利名称：双向扭转光纤传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型是光纤传感领域里的一种新设计，特别是一种光纤双向扭转传感器。利用光纤进行双向扭转传感，能够对扭转参量(扭角、扭矩或扭应力)进行高精度感测，属于传感器技术领域。
首先选定一个均质、对称、各向同性、可在扭转应力作用下绕轴线转动的圆柱形弹性扭梁，将其一端固定，另一端自由；然后，将一细金属丝沿与扭梁轴向成角度θl(0°＜θl＜90°)斜向粘贴在靠近扭梁自由端处；进而，将光纤沿与扭梁轴向成角度θf(0°＜θf＜90°)且等螺距与金属丝反向缠绕，缠绕的光纤环的两端用粘结剂(如强力胶102、504、502等)粘贴在扭梁表面上；最后，缠绕在扭梁上的光纤的两端分别与光源和光功率计连接。
当扭梁自由端受扭矩作用时，扭梁产生的扭应变使缠绕在扭梁上的光纤与金属丝接触处产生微弯。随着扭矩的变化，光纤的微弯曲率脉冲峰值、宽度增大或减小，由此造成光纤的微弯损耗亦不同。使用中，只要测得光纤的光功率损耗值的大小，由下列微弯损耗与扭转(扭角、扭矩或扭应力)关系式，即可双向(顺时针与逆时针)高精度感测被测体的扭转状态(扭角、扭矩或扭应力的大小和方向)。
δW＝KMM (1)δW＝K(2)
δW＝KFF(3)式中的KM、K、KF分别是扭矩、扭角、扭应力的传感系数；M、、F分别是传感参量扭角、扭矩、扭应力；δW＝W-W0是光功率损耗差，W0是初始光功率损耗。
由扭矩关系M＝GIp/L及(1)式，可得到测量弹性体剪切模量G的表达式为 式中的L是扭梁的长度，Ip是扭梁的极惯性矩。对于圆柱形实心扭梁，IP＝πD4/32，D是扭梁的外直径；对于圆柱形空心扭梁，则Ip＝π(D4-d4)/32，r是扭梁的内直径。
本实用新型的有益效果是，传感基元仅为一根多模光纤，不仅可以感测扭转参量(扭角、扭矩或扭应力)，还可以用于测量弹性体的剪切模量，结构简洁，易于系统集成。
在具体实施例子

图1中，在＝-40°～+40°扭角范围内，该传感器的扭角与多模光纤的功率损耗呈准线性关系，其扭角传感系数K＝0.375dB/degree，技术上实现了顺时针与逆时针的双向扭转传感。如图3空心的检测点所示。改变θl和θf的大小并保持持θl+θf＝90°，本实用新型还可以进行双向非对称扭转感测，如图3实心的检测点所示。在上述＝-40°～+40°扭角范围内，扭转感测具有良好的线性度，其线性拟合度均大于0.997。并且，根据(4)式，可以高精度测量弹性体的剪切模量G＝1.18×109N/m2。
实用中，可根据需要感测扭矩、扭角或扭应力，并根据(1)式～(3)式设计光纤双向扭矩传感器、光纤双向扭角传感器或光纤双向扭应力传感器，亦可根据(4)式设计弹性体剪切模量测量仪。
权利要求1.一种新型双向扭转光纤传感器，它包括光纤(1)、扭梁(2)、光源(8)、细金属丝(4)、光功率计(9)、光纤接插器(10)，其特征在于细金属丝沿与扭梁轴向成角度θl斜向粘贴在靠近扭梁自由端处；光纤沿与扭梁轴向成角度θf且等螺距与金属丝反向缠绕，缠绕的光纤环的两端用粘结剂粘贴在扭梁表面上；缠绕在扭梁上的光纤的两端分别与光源和光功率计(9)连接。
2.根据权利要求1所述的双向扭转光纤传感器，其特征在于所述的扭梁(2)是一个均质、对称、各向同性的实心弹性体，横截面为圆形，其材质可为有机玻璃、金属、合金、塑料、橡胶或尼龙，扭梁的一端固定，另一端自由。
3.根据权利要求1所述的双向扭转光纤传感器，其特征在于所述的光纤(1)为多模光纤。
4.根据权利要求1所述的双向扭转光纤传感器，其特征在于所述的细金属丝(4)横截面为圆形，其材质可为金属、合金。
5.根据权利要求1所述的双向扭转光纤传感器，其特征在于所述的细金属丝斜粘角θl与光纤斜粘角θf的范围是5°-45°，且θl+θf＝90°。
6.根据权利要求1所述的双向扭转光纤传感器，其特征在于所述的扭转传感是双向的，双向指顺时针、逆时针方向。
专利摘要本实用新型是一种双向扭转光纤传感器，是传感器的一种新设计，属于传感技术领域。该传感器包括光纤，扭梁，固定端，细金属丝，光源，光功率计，光纤接插器等。圆柱形扭梁一端固定，另一端自由；细金属丝沿与扭梁轴向成角度θ
文档编号G01D5/32GK2599557SQ02291260
公开日2004年1月14日 申请日期2002年12月18日 优先权日2002年12月18日
发明者张伟刚, 袁树忠, 开桂云, 董孝义, 赵启大 申请人:南开大学