CN103090893A - 一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法 - Google Patents

一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法 Download PDF

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彭星玲
张华�
李玉龙
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Abstract

一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法，它包括以下步骤：（1）取单模石英光纤，将一根单模石英光纤中间段，长度为65-100mm，均匀涂抹上丙烯酸涂料，进行表面黑化处理，自然晾干后控制涂覆后光纤的直径为0.3-0.4mm；（2）将光纤弯曲，形成半径为10-20mm的光纤环；（3）取两块厚度为1mm，边长大于光纤环直径20-40毫米的方形铝合金板；（4）将光纤环通过502胶水粘贴的方法垂直固定在两块铝合金板之间，保持两块铝合金板完全对齐，向铝合金板施加压力，测量通过受力后光纤环的光功率变化，即可获得测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器；它具有结构简单、成本低、灵敏度高、可实现应力位移双物理量测量的优点。

Description

一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法
技术领域
本发明涉及一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法。
背景技术
 光纤传感器是将光纤作为光传输的媒介，当光在光纤中传播时，表征光的特征参量(振幅、相位、偏振态、波长等)因外界因素(如温度、应力、电场、位移等)的作用而直接或间接地发生改变，从而可将光纤用作传感元件来探测各种待测量。光纤传感器具有许多传统传感器所不具有的优点。例如，灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘性好、安全可靠、有多方面的适应性；重量轻、体积小、容易弯曲、可以制成任意形状的光纤传感器；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀或其它的恶劣环境；在工业、农业、生物医疗、航空、建筑等各领域均有广阔的应用前景。近年来光纤传感技术发展非常迅速，例如光纤光栅(FBG和LPG)型传感器，分布式光纤传感***和光纤智能结构。利用光纤传感器件可以监测和传感温度、压力、应变、位移等多种物理量，其中对应力和位移的测量是光纤传感领域非常重要的研究方向。近年来，采用光纤传感器的应力和位移传感研究主要集中在光纤光栅类和光纤微弯损耗类。光纤光栅类在应力位移的传感领域研究和应用最为成熟，然而存在的突出问题是价格较贵、容易损坏、易受应变干扰以及制作需要复杂昂贵的设备等问题。光纤微弯传感也是较成熟的传感手段。但是光纤微弯传感***需要外加变形器来形成有效的传感部位，要求变形器具有很高精度；同时在一些特殊场合，例如智能结构中的应用就受到了限制；而且微弯光纤弯曲部分的尺寸只在μm级，这使微弯传感器只能在很小的位移范围内操作，所能感测的外界变化量较小。急需一种成本低、制作工艺简单、灵敏度高的光纤器件来部分解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法，制成的传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高、可实现应力位移双物理量测量的优点。
本发明是这样来实现的，一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步骤：（1）该传感器使用单模石英光纤，将一根单模石英光纤中间段（长度约为65-100mm）均匀涂抹上丙烯酸涂料，进行表面黑化处理，自然晾干后控制涂覆后光纤的直径在0.3-0.4mm；（2）将黑化处理的光纤弯曲，形成半径为10-20mm的光纤环；（3）取两块厚度为1mm，大小合适（为了便于定位和施加作用力，大于光纤环直径20-40毫米）的方形铝合金板；（4）将光纤环通过502胶水粘贴的方法，垂直固定在两块铝合金板之间，保持两块铝合金板完全对齐，向铝合金板施加压力，受力后光纤环的位移也发生改变，测量通过受力后光纤环的光功率变化，即可获得测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器。
本发明的技术效果是：本发明将单模石英光纤用丙烯酸涂料进行表面黑化处理，然后弯曲成一半径（10mm-20mm）的光纤环，再用502胶水将光纤环垂直粘贴在两块相同尺寸的铝合金板之间，该传感器具有结构简单、成本低、灵敏度高、可实现应力位移双物理量测量的优点。
附图说明
图1为光纤环结构示意图。
图2为光纤环压缩变形前示意图。
图3为光纤环压缩变形后示意图。
图4为光纤环受力后输出功率比及作用力对位移变化图。
在图中，1、光纤环  2、铝合金板  3、载荷。
具体实施方式
实施例一
本发明是这样来实现的，步骤为:
（1）选取一根长约1m的单模石英光纤，将一根单模石英光纤中间段（约65mm）长，均匀涂抹上丙烯酸涂料，进行表面黑化处理，自然晾干后控制涂覆后光纤的直径在0.3mm；
（2）将黑化处理的光纤弯曲，形成半径为10mm的光纤环1，如图1；
（3）取两块厚度为1mm，边长40mm的方形铝合金板2，如图2；
（4）将光纤环1通过502胶水粘贴的方法垂直固定在两个铝合金板2之间，保持两块铝合金板2完全对齐，如图2；
（5）向铝合金板2施加50-130mN的载荷3，加力的间隔为10mN，受力后光纤环1的位移也发生改变，如图3，测量通过受力后光纤环1的光功率变化，即可获得应力位移双物理量测量的光纤宏弯损耗传感器。
实施例二
本发明是这样来实现的，步骤为:
（1）选取一根长约1m的单模石英光纤，将一根单模石英光纤中间段（约80mm长），均匀涂抹上丙烯酸涂料，进行表面黑化处理，自然晾干后控制涂覆后光纤的直径在0.35mm；
（2）将黑化处理的光纤弯曲，形成半径为12.5mm的光纤环1，如图1；
（3）取两块厚度为1mm，边长50mm的方形铝合金板2，如图2；
（4）将光纤环1通过502胶水粘贴的方法垂直固定在两个铝合金板2之间，保持两块铝合金板2完全对齐，如图2；
（5）向铝合金板2施加60-140mN的载荷3，加力的间隔为10mN，受力后光纤环1的位移也发生改变，如图3，测量通过受力后光纤环1的光功率变化，即可获得应力位移双物理量测量的光纤宏弯损耗传感器。
实施例三
本发明是这样来实现的，步骤为:
（1）选取一根长约1m的单模石英光纤，将一根单模石英光纤中间段约95mm长，均匀涂抹上丙烯酸涂料，进行表面黑化处理，自然晾干后控制涂覆后光纤的直径在0.4mm；
（2）将黑化处理的光纤弯曲，形成半径为15mm的光纤环1，如图1；
（3）取两块厚度为1mm，边长60mm的方形铝合金板2，如图2；
（4）将光纤环1通过502胶水粘贴的方法垂直固定在两个铝合金板2之间，保持两块铝合金板2完全对齐，如图2；
（5）向铝合金板2施加70-150mN的载荷3，加力的间隔为10mN，受力后光纤环1的位移也发生改变，如图3，测量通过受力后光纤环1的光功率变化，即可获得应力位移双物理量测量的光纤宏弯损耗传感器。
由于光纤表面用丙烯酸涂料涂黑的方法形成了一层黑色吸收膜，可以将宏弯光纤看成光纤纤芯包层无限涂层结构。进入光纤环1的光，除了沿纤芯传播的光外，大部分被这层黑色薄膜吸收，这样有效抑制了在包层涂层和涂层空气层间形成WG模（wispering-gallery mode），从而抑制了光纤宏弯损耗随弯曲半径变化而发生振荡，有效的提高了灵敏度，其实验测量效果如图4。

Claims (1)

1.一种测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器的制造方法，其特征在于所述制造方法包括以下步骤：
（1）该传感器使用单模石英光纤，将一根单模石英光纤中间段，长度为65-100mm，均匀涂抹上丙烯酸涂料，进行表面黑化处理，自然晾干后控制涂覆后光纤的直径为0.3-0.4mm；
（2）将黑化处理的光纤弯曲，形成半径为10-20mm的光纤环；
（3）取两块厚度为1mm，边长大于光纤环直径20-40毫米的方形铝合金板；
（4）将光纤环通过502胶水粘贴的方法垂直固定在两块铝合金板之间，保持两块铝合金板完全对齐，向铝合金板施加压力，受力后光纤环的位移也发生改变，测量通过受力后光纤环的光功率变化，即可获得测量应力位移的光纤宏弯损耗传感器。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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