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专利名称：端面反射式光纤应力应变传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种端面反射式光纤应力应变传感器。尤指一种基于光纤光弹效应的应力应变传感器。
背景技术：
随着经济的发展，技术的进步，一座座大型建筑、一座座过去在技术上难以实现的建筑接二连三地出现在人们的视野内。这些建筑雄伟壮观、造型独特，形态优美，一经竣工并交付使用后，便迅速成为当地的标志性建筑，成为一道亮丽的风景。这些建筑结构复杂，技术困难，施工难度大，而采用的许多新技术往往又都是首次在工程中应用，正由于此，这些建筑结构的可靠性，使用的安全性，日益引起人们的重视。多年来，尤其是近几年，人们一直在寻求各种检测方法和检测仪器来行之有效地、经济合理地实时监控这些建筑的使用状况。一方面可以确保工程的安全性，一旦出出危急安全的情况能及时报警、及时采取防范措施，另一方面又可以用于评估和和验证工程设计的正确性和施工的质量。在这方面表现得尤为突出的是跨江跨海大桥越来越多、大桥规模越来越大。在这些大桥中，造型幽雅的以缆索为主要构件的悬索桥、拉索桥的数量及所占的比例迅速增长。顺应这种发展，近年来，大桥缆索的安全性、可靠性显得尤为重要，设计及使用管理单位迫切要求在大桥缆索中采用传感系统，能够实时检测大桥的安全状况。

发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能实时监测且原理简单、灵敏度高、结构紧凑可靠、制造容易、成本低廉的端面反射式光纤应力应变传感器。
本实用新型的目的是这样实现的一种端面反射式光纤应力应变传感器，包括光纤、齿条移动组件和外壳，光纤一端外露，其余部分置于外壳内，齿条移动组件置于外壳内，包括固定齿条、移动齿条和导杆，固定齿条相对外壳固定，移动齿条固定在导杆上，导杆相对外壳移动，固定齿条与移动齿条相对，光纤包括传感光纤，传感光纤压在固定齿条与移动齿条齿间。导杆的一端固定在被测物体上，被测物体的形变带动导杆相对于壳体移动。当固定齿条与移动齿条相对纵向移动时，移动齿条的齿顶压光纤的位置发生变化，这时光纤弯曲形状发生变化，光纤弯曲发生变化会导致光纤中传输的光功率的衰减发生变化，从而实现信息调制。
使用时导杆和壳体相对的两端分别固定在被测物体的表面上，被测物体如缆索受力变形时，导杆和壳体相对的两端之间的距离发生变化，从而使得导杆和壳体产生相对运动。导杆和壳体相对滑动时，其上的齿条便作相对移动。两片齿条从两边压住光纤，齿条移动时，光纤变形状态发生变化。由于光纤的光弹效应，光纤中传输的光能也随着发生相应的变化。移动齿条的机械微位移转化为光纤功率的变化。理论计算表明，当齿条的齿距、齿形以及两片齿条和光纤的相对位置满足一定的设计要求时，光纤传感器的输出信号与齿条的位移也就是耦合板的应变量成线性关系。
本实用新型的传感光纤一端抛光过并镀有反射层。它可以起到两种作用一是使传感器的灵敏度提高了一倍。这主要是由于带有传感信息的光信号在光纤端面反射后又一次通过了传感区域，传感信息增强了一倍；另一种作用是实现了光信号输出和输入可以共用一根光纤。
本实用新型的固定齿条和移动齿条的齿形为斜三角齿，固定齿条和移动齿条上的齿向同一方向倾斜。
本实用新型的光纤还包括一根参考光纤。由于传感器在使用时环境不断随机变化，导致光纤中的能量出现随机起伏，这会造成测量误差。利用处于相同状态下的参考光纤，就可以避免这种误差，提高测量精度和长期可靠性。参考光纤与传感光纤在同根光缆内，将随传感光纤一起布线。参考光纤和传感光纤在线路布线上唯一不同的是在传感器中参考光纤不被齿条压住。
与现的技术相比较，本实用新型的特点是原理简单、灵敏度高、结构紧凑可靠、制造容易。相对于相同应用领域的其它传感器，其成本低廉，而且在批量生产时不需要投入价格昂贵的生产和制造设备，也不需要专用的超静、超洁车间。


图1为本实用新型的结构示意图。
图2是由端面反射式光纤应力应变传感器组成的在智能缆索中使用的传感系统图。
具体实施方式
如图1，本实用新型为一种端面反射式光纤应力应变传感器。由光纤3、齿条移动组件2和外壳1三部分组成。光纤3一端外露，其余部分置于外壳1内，光纤3包括传感光纤31和参考光纤32。传感光纤31作为传感元件，其一端抛光过并镀有反射层。齿条移动组件2由内盒22、固定齿条23、移动齿条24、移动齿条导杆25及光纤固定管21、26组成。内盒22置于外壳1内，与外壳1固定连接，内盒22上开设有导槽221，导杆25穿置于导槽221内，导杆25在导槽221引导下可相对壳体1滑动。固定齿条23和移动齿条24置于内盒22内，固定齿条23与内盒22固定连接。移动齿条24固定在导杆25上。光纤固定管21、26固定在内盒22两侧，光纤3两端与光纤固定管21、26相连接，传感光纤31中间压在两齿条23、24间。参考光纤32中间不被固定齿条23和移动齿条24压住。固定齿条23和移动齿条24的形状由斜三角齿构成，固定齿条23与移动齿条24上的齿向同一方向倾斜。
图2是由反射式光纤传感器组成的在智能缆索中使用的传感系统。传感器4及与之连接在一起的信号传输光缆5被埋置到缆索内，LD激光器7、分路器6及信号处理仪表8等与传输光缆5相连，一般放置在控制室内。传感器实时传感到的信号由传输光缆中的光纤传到位于室内的仪表，仪表中信号处理电路分析出缆索受力状况并实时显示在屏幕上。
权利要求1.一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于它包括光纤(3)、齿条移动组件(2)和外壳(1)，光纤(3)一端外露，其余部分置于外壳(1)内，齿条移动组件(2)置于外壳(1)内，包括固定齿条(23)、移动齿条(24)和导杆(25)，固定齿条(23)相对外壳(1)固定，移动齿条(24)固定在导杆(25)上，导杆(25)相对外壳(1)移动，固定齿条(23)与移动齿条(24)齿相对，光纤(3)包括传感光纤(31)，传感光纤(31)压在固定齿条(23)与移动齿条(24)齿间。
2.根据权利要求1所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于传感光纤(31)一端抛光过并镀有反射层。
3.根据权利要求1或2所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于固定齿条(23)和移动齿条(24)的齿形为斜三角齿，固定齿条(23)和移动齿条(24)上的齿向同一方向倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于光纤(3)包括参考光纤(32)，参考光纤(32)不被固定齿条(23)和移动齿条(24)压住。
5.根据权利要求3所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于光纤(3)包括参考光纤(32)，参考光纤(32)不被固定齿条(23)和移动齿条(24)压住。
6.根据权利要求1或2所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于固定齿条(23)和移动齿条(24)置于一内盒(22)内，固定齿条(23)与内盒(22)固定连接，内盒(22)置于外壳(1)内，与外壳(1)固定连接，内盒(22)上开设有导槽(221)，导杆(25)穿置于导槽(221)内。
7.根据权利要求3所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于固定齿条(23)和移动齿条(24)置于一内盒(22)内，固定齿条(23)与内盒(22)固定连接，内盒(22)置于外壳(1)内，与外壳(1)固定连接，内盒(22)上开设有导槽(221)，导杆(25)穿置于导槽(221)内。
8.根据权利要求4所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于固定齿条(23)和移动齿条(24)置于一内盒(22)内，固定齿条(23)与内盒(22)固定连接，内盒(22)置于外壳(1)内，与外壳(1)固定连接，内盒(22)上开设有导槽(221)，导杆(25)穿置于导槽(221)内。
9.根据权利要求6所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于内盒(22)两侧插置有固定管(21、26)，光纤(3)两端与固定管(21、26)相连接，中间压在固定齿条(23)与移动齿条(24)的齿间。
10.根据权利要求8所述的一种端面反射式光纤应力应变传感器，其特征在于参考光纤(32)两端与光纤固定管(21、26)相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种端面反射式光纤应力应变传感器，包括光纤3、齿条移动组件2和外壳1，光纤3一端外露，其余部分置于外壳1内，齿条移动组件2置于外壳1内，包括固定齿条23、移动齿条24和导杆25，固定齿条23相对外壳1固定，移动齿条24固定在导杆25上，导杆25相对外壳1移动，固定齿条23与移动齿条24齿相对，光纤3包括传感光纤31，传感光纤31压在固定齿条23与移动齿条24齿间。导杆的一端固定在被测物体上，被测物体的形变带动导杆相对于壳体移动。本实用新型能实时监测且原理简单、灵敏度高、结构紧凑可靠、制造容易、成本低廉。
文档编号G01D5/353GK2684154SQ200420025470
公开日2005年3月9日 申请日期2004年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者周明宝, 谭佃农, 刘礼华 申请人:江苏法尔胜技术开发中心