專利名稱：一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置。
背景技術(shù)：
除了專門用于測試溫度參數(shù)的傳感器外，溫度參數(shù)的影響都是傳感器走向?qū)嶋H應(yīng)用必須考慮的問題之一，而且精度越高的傳感器越是重視溫度參數(shù)的影響?，F(xiàn)如今，消減傳感器溫度影響的方法很多，大致可分為兩類從傳感器的結(jié)構(gòu)上來消減溫度的影響和從數(shù)據(jù)處理上來補(bǔ)償溫度的干擾。其中，后者需要溫度傳感器來補(bǔ)償，若被補(bǔ)償?shù)膫鞲衅饕恢滦暂^差那就需要分別標(biāo)定補(bǔ)償，實(shí)際操作起來很麻煩；而前者需要適宜且精巧的結(jié)構(gòu)補(bǔ)償，因而使傳感器結(jié)構(gòu)上趨于復(fù)雜，但在后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)較簡單。綜上，上述兩種消減傳感器溫度影響的方法各有千秋，在實(shí)際使用中都有大量的應(yīng)用，選擇哪種方法主要與使用的條件和傳感器的類型密切相關(guān)。光纖傳感器相對于傳統(tǒng)傳感器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其中精度高是其主要優(yōu)點(diǎn)之一，如現(xiàn)有的鋸齒平板式光纖微彎傳感器，其可探測的兩個(gè)鋸齒板之間距離變化的精度在0.1納米級別上，則不需要的膨脹系數(shù)勢必會影響測試結(jié)果，因而溫度補(bǔ)償就是需重點(diǎn)考慮的問題之一。如圖1所示，在光纖光柵傳感器中，橋式溫度補(bǔ)償是一種典型的常用方法之一，基板二 2和基板三3均采用膨脹系數(shù)為α 2的材料制成，基板一 1采用膨脹系數(shù)為α 的材料制成，基板二 2和基板三3并排設(shè)置且二者分別通過固定支點(diǎn)一 11固定于基板一 1上，光纖光柵9的兩端通過固定支點(diǎn)二 12分別固定在基板二 2和基板三3上，實(shí)際使用過程中要使光纖光柵9的長度在溫度變化時(shí)保持不變，則需滿足公式α工X L1X Δ T- α 2 X (L2+L3) X Δ T =0(1-1)，式(1-1)中1^2和L3分別為基板二 2和基板三3的長度，Δ T為變化的溫度量山為基板一 1的長度；對式(1-1)進(jìn)行簡單變換得α 2 = α義[L1/(L2+L3) ] (1_2)，則基板二 2和基板三3的膨脹系數(shù)α 2與基板一 1的膨脹系數(shù)α 滿足(1-2)式時(shí)，可基本消減光纖光柵9受溫度的影響。實(shí)際使用過程中，基板二 2和基板三3也可以選用不同膨脹系數(shù)的材料，這樣只是使公式(1-1)和(1-2)略微復(fù)雜一點(diǎn)，其溫度補(bǔ)償原理是一樣的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、 靈敏度高、使用效果好，能有效消除或減少溫度對測量精度的影響，具有廣闊的市場應(yīng)用前
旦
ο為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于包括供信號光纖穿過的曲線形測試通道、與信號光纖相接且對信號光纖中的光信號功率變化量進(jìn)行同步測試的測試單元和與測試單元相接且對測試單元的測試結(jié)果進(jìn)行分析處理的處理單元；所述曲線形測試通道包括在端部所施加外應(yīng)力F的作用下能發(fā)生變形并相應(yīng)壓彎信號光纖的圓柱體、由上至下布設(shè)在圓柱體外側(cè)壁或內(nèi)側(cè)壁上的曲線形縫隙以及分別布設(shè)在曲線形縫隙內(nèi)部相對兩側(cè)且能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的多組A側(cè)變形齒和多組B側(cè)變形齒，每一組A側(cè)變形齒均包括一個(gè)A側(cè)變形齒或并排布設(shè)的多個(gè)A側(cè)變形齒，每一組B側(cè)變形齒均包括一個(gè)B側(cè)變形齒或并排布設(shè)的多個(gè)B側(cè)變形齒，多組A側(cè)變形齒和多組B側(cè)變形齒之間呈交錯(cuò)布設(shè)且二者的頭部間形成供一個(gè)或多個(gè)信號光纖穿過的曲線形通道，A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒對應(yīng)布設(shè)在信號光纖兩側(cè)；所述曲線形縫隙包括上安裝節(jié)段、下安裝節(jié)段以及能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形且變形量與A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒在高度上的變形量相抵消的柱體外側(cè)壁節(jié)段，所述A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒分別安裝在上安裝節(jié)段和下安裝節(jié)段上，上安裝節(jié)段布設(shè)在下安裝節(jié)段上方且二者間通過柱體外側(cè)壁節(jié)段進(jìn)行連接。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒均由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒的外部均設(shè)置有一層或多層由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成的伸縮變形層。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述信號光纖的外部設(shè)置有一層或多層由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成的伸縮變形層。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述曲線形縫隙為矩形縫，上安裝節(jié)段布設(shè)在下安裝節(jié)段的正上方。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述曲線形測試通道中圓柱體、A側(cè)變形齒、B側(cè)變形齒和信號光纖的膨脹系數(shù)滿足公式α XLtt XNX Δ T-α 齒X (L1S+L2S) XNX ΔΤ-α纖X d纖XNX Δ T = 0，式中α柱為圓柱體所用材料的膨脹系數(shù)，Ltt為柱體外側(cè)壁節(jié)段的長度，α齒為A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒所用材料的膨脹系數(shù)，L1 ^和L2s分別為A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒的高度，N為信號光纖的層數(shù)，α纟〒為信號光纖所用材料的膨脹系數(shù)，為信號光纖的直徑，△ T為溫度變化量。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述曲線形縫隙整體呈螺旋狀布設(shè)。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述信號光纖的一端設(shè)置有光反射裝置。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是所述信號光纖為外部包有多層光纖保護(hù)層的光纖。上述一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征是多組所述A側(cè)變形齒中相鄰兩組A側(cè)變形齒之間的間距自曲線形縫隙一端至另一端逐漸增大或逐漸減小，多組所述B側(cè)變形齒中相鄰兩組B側(cè)變形齒之間的間距自曲線形縫隙一端至另一端逐漸增大或逐漸減小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且加工制作方便、加工制作成本低。
2、使用操作簡便且測試精度高，可以有效降低環(huán)境溫度對光纖傳感器的影響，使 該柱體光纖傳感裝置使用更方便，成本更低。3、適用范圍廣，在消減溫度影響的基礎(chǔ)上，還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測多種氣體、液體、磁場、 電場等參數(shù)的變化，擴(kuò)展了該光纖傳感裝置的使用范圍。4、經(jīng)濟(jì)及社會效益顯著，實(shí)用價(jià)值高，可以低成本的構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，不需要每個(gè) 傳感器附近都設(shè)置ー個(gè)溫度傳感器來補(bǔ)償溫度的變化，滿足實(shí)際工程的需要。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、靈 敏度高、使用效果好，能有效消除或減少溫度對測量精度的影響，具有廣闊的市場應(yīng)用前
旦
o下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。


圖1為現(xiàn)有帶橋式溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的A-A剖視圖。圖4為本發(fā)明第二具體實(shí)施方式
的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明第三具體實(shí)施方式
的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1-基板一 ；2-基板ニ ；3-基板三；4-曲線形縫隙；4-1-A側(cè)變形齒； 4-2-B側(cè)變形齒；5-測試單元；6-信號光纖；7-處理單元；8-延長光纖；9-光纖光柵；10-圓柱體；11-固定支點(diǎn)一；12-固定支點(diǎn)ニ； 15-伸縮變形層；21-上安裝節(jié)段； 22-下安裝節(jié)段；23-柱體外側(cè)壁節(jié)段。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖2、圖3所示的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，包括供信號光纖6穿 過的曲線形測試通道、與信號光纖6相接且對信號光纖6中的光信號功率變化量進(jìn)行同步 測試的測試單元5和與測試單元5相接且對測試單元5的測試結(jié)果進(jìn)行分析處理的處理單 元7。所述曲線形測試通道包括在端部所施加外應(yīng)カF的作用下能發(fā)生變形并相應(yīng)壓彎信 號光纖6的圓柱體10、由上至下布設(shè)在圓柱體10外側(cè)壁或內(nèi)側(cè)壁上的曲線形縫隙4以及分 別布設(shè)在曲線形縫隙4內(nèi)部相對兩側(cè)且能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的多組A側(cè)變形齒4-1 和多組B側(cè)變形齒4-2，每ー組A側(cè)變形齒4-1均包括ー個(gè)A側(cè)變形齒4-1或并排布設(shè)的多 個(gè)A側(cè)變形齒4-1，每ー組B側(cè)變形齒4-2均包括ー個(gè)B側(cè)變形齒4-2或并排布設(shè)的多個(gè)B 側(cè)變形齒4-2，多組A側(cè)變形齒4-1和多組B側(cè)變形齒4-2之間呈交錯(cuò)布設(shè)且二者的頭部間 形成供ー個(gè)或多個(gè)信號光纖6穿過的曲線形通道，A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2對應(yīng) 布設(shè)在信號光纖6兩側(cè)。本實(shí)施例中，每ー組A側(cè)變形齒4-1均包括ー個(gè)A側(cè)變形齒4-1， 且每一組B側(cè)變形齒4-2均包括ー個(gè)B側(cè)變形齒4-2，相應(yīng)地，多組A側(cè)變形齒4_1和多組B側(cè)變形齒4-2的頭部間形成供一個(gè)信號光纖6穿過的曲線形通道。所述信號光纖6具體通過延長光纖8與測試單元5相接，所述測試單元5為分別與信號光纖6的前后端部相接的光源和光功率計(jì)。所述曲線形縫隙4包括上安裝節(jié)段21、下安裝節(jié)段22以及能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形且變形量與A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2在高度上的變形量相抵消的柱體外側(cè)壁節(jié)段23，所述A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2分別安裝在上安裝節(jié)段21和下安裝節(jié)段22上，上安裝節(jié)段21布設(shè)在下安裝節(jié)段22上方且二者間通過柱體外側(cè)壁節(jié)段23進(jìn)行連接。本實(shí)施例中，所述曲線形縫隙4為矩形縫，上安裝節(jié)段21布設(shè)在下安裝節(jié)段22的正上方。所述曲線形縫隙4整體呈螺旋狀布設(shè)。實(shí)際使用過程中，在外應(yīng)力F的作用下，當(dāng)圓柱體10兩端的相對位置變化時(shí)，布設(shè)在圓柱體10上的曲線形縫隙4兩端的位置也隨之變化，相應(yīng)布設(shè)在曲線形縫隙4內(nèi)部的多組A側(cè)變形齒4-1和多組B側(cè)變形齒4-2之間的位置也會相應(yīng)發(fā)生改變，且在溫度影響下， 柱體外側(cè)壁節(jié)段23隨溫度變化膨脹或收縮的長度與A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2在高度上的變形量相互消減。實(shí)際使用過程中，為實(shí)現(xiàn)柱體外側(cè)壁節(jié)段23隨溫度變化膨脹或收縮的長度與A 側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2在高度上的變形量相互消減，則所述曲線形測試通道中圓柱體10、A側(cè)變形齒4-1、B側(cè)變形齒4-2和信號光纖6的膨脹系數(shù)滿足公式WttXL 柱 ΧΝΧΔΤ-α 齒 X (L1S+L2S) XNX ΔΤ-α 纖 X d纖 XNX Δ T = 0，式中α 柱為圓柱體 10 所用材料的膨脹系數(shù)，Ltt為柱體外側(cè)壁節(jié)段23的長度，α齒為A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒 4-2所用材料的膨脹系數(shù)，Lis和L2s分別為A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4_2的高度，N為信號光纖6的層數(shù)，α纟〒為信號光纖6所用材料的膨脹系數(shù)，為信號光纖6的直徑，Δ T 為溫度變化量?？梢钥闯觯?dāng)圓柱體10、Α側(cè)變形齒4-1、Β側(cè)變形齒4-2和信號光纖6滿足上式時(shí)，本發(fā)明在一定的溫度變化范圍內(nèi)不受溫度變化的影響或者能較大程度上消減溫度變化的影響，即補(bǔ)償了溫度的變化對測試結(jié)果的影響。同時(shí)，在對測試結(jié)果的精度要求不是很高情況下，也可以去掉光纖部分的膨脹系數(shù)計(jì)算項(xiàng)。本實(shí)施例中，所述A側(cè)變形齒4-1和 B側(cè)變形齒4-2均由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料制成。所述信號光纖6的外部設(shè)置有一層或多層由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料制成的伸縮變形層15。具體而言當(dāng)去掉光纖部分的膨脹系數(shù)計(jì)算項(xiàng)時(shí)，所述曲線形測試通道中圓柱體 10、Α側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2的膨脹系數(shù)滿足公式α柱XL柱XNX Δ T- α s X (L1 S+L2S)XNXAT = 0。這樣，在基本消減了溫度影響情況下，在外界物理量(具體為外應(yīng)力F)的作用下改變圓柱體10兩端的間距時(shí)，就同時(shí)改變布設(shè)在圓柱體10上曲線形縫隙4內(nèi)部的多個(gè)A 側(cè)變形齒4-1和多個(gè)B側(cè)變形齒4-2之間的距離，拉伸或壓縮圓柱體10的兩端并使圓柱體 10整體伸長或縮短，就可以同時(shí)使布設(shè)在圓柱體10上曲線形縫隙4內(nèi)部的多個(gè)A側(cè)變形齒4-1和多個(gè)B側(cè)變形齒4-2相反運(yùn)動或相對運(yùn)動，并相應(yīng)使A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間的距離拉大或縮小，從而就可以改變在A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間所夾的信號光纖6的彎曲半徑，也即改變信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，從而改變了信號光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕乃p大小，通過測試單元5檢測到該光信號功率的變化并將該變化傳遞給處理單元7進(jìn)行分析處理后，便可得到消減溫度影響條件下的作用在圓柱體10上的物理量的大小。實(shí)際使用過程中，本發(fā)明還可以采用另一種檢測方式，即圓柱體10的兩端位置不變，此時(shí)所述A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2均由磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成。另外，也可以在所述A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2的外部均設(shè)置有一層或多層由磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成的伸縮變形層15。其等效的變化也可以是，所述信號光纖6的外部設(shè)置有一層或多層由磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成的伸縮變形層15。采用此時(shí)檢測方式進(jìn)行檢測時(shí)，當(dāng)外界被監(jiān)測物理量(即監(jiān)測對象，具體為磁信號、電信號或能被吸收的物質(zhì)等)的變化導(dǎo)致A側(cè)變形齒4-1、B側(cè)變形齒4-2和信號光纖 6的體積發(fā)生伸縮變形或?qū)е律炜s變形層發(fā)生伸縮變形時(shí)，相應(yīng)使A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2的高度發(fā)生變化，并使A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間的距離拉大或縮小，從而就可以改變在A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間所夾的信號光纖6的彎曲半徑，也即改變信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，從而改變了信號光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕乃p大小，通過測試單元5檢測到該光信號功率的變化并將該變化傳遞給處理單元7進(jìn)行分析處理后，便可得到消減溫度影響條件下的被監(jiān)測物理量的大小。如采用本發(fā)明探測空氣中的氫氣濃度時(shí)，則所述A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2 均由能吸收氫氣并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的金屬鈀或鈀合金材料制成，也可以在A側(cè)變形齒 4-1和B側(cè)變形齒4-2的外側(cè)均涂覆一層或多層由能吸收氫氣并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的金屬鈀或鈀合金材料制成的伸縮變形層15。實(shí)際使用過程中，氫氣進(jìn)入布設(shè)在圓柱體10上的曲線形縫隙4內(nèi)部，當(dāng)氫氣濃度發(fā)生改變時(shí)，金屬鈀或鈀合金材料吸收氫氣并隨著氫氣濃度的變化體積變大或變小，從而導(dǎo)致A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間的距離拉大或縮小， 從而就可以改變在二者的變形齒間夾有的信號光纖6的彎曲半徑，也即改變信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，從而改變了信號光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕乃p大小，通過測試單元5檢測到該光信號功率的變化并將該變化傳遞給處理單元7進(jìn)行分析處理，即可得到得到消減溫度影響情況下空氣中氫氣的濃度變化量。同理，信號光纖6外側(cè)鍍覆一層或多層由能吸收氫氣并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的金屬鈀或鈀合金材料制成的伸縮變形層15時(shí)，在氫氣濃度變化時(shí)導(dǎo)致該伸縮變形層15的體積變化時(shí)，也能得到使曲線形縫隙4內(nèi)部所分布多個(gè)A側(cè)變形齒4-1和多個(gè)B側(cè)變形齒4-2 之間的距離發(fā)生改變的同等效果，從而達(dá)到監(jiān)測物理量的目的。本實(shí)施例中，所述信號光纖6的一端設(shè)置有光反射裝置。所述光反射裝置可以是光反射鏡或光纖光柵等。所述光反射裝置的作用是使信號光纖6內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘柨梢詢纱瓮ㄟ^所述曲線形測試通道的傳感部位，從而使測試精度提高一倍。實(shí)際加工制作時(shí)，多組所述A側(cè)變形齒4-1中相鄰兩組A側(cè)變形齒4-1之間的間距自曲線形縫隙4 一端至另一端逐漸增大或逐漸減小，多組所述B側(cè)變形齒4-2中相鄰兩組B側(cè)變形齒4-2之間的間距自曲線形縫隙4 一端至另一端逐漸增大或逐漸減小。多組所述A側(cè)變形齒4-1與多組所述B側(cè)變形齒4-2的齒高和齒形的彎曲曲率均自所述外部殼體一端至另一端逐漸增大或逐漸減小。本實(shí)施例中，所述信號光纖6為外部包有多層光纖保護(hù)層的光纖，如緊套光纖、碳涂覆光纖、聚酰亞胺涂覆光纖等；所述信號光纖6也可以是塑料光纖、細(xì)徑光纖(如裸光纖外徑60或80微米的光纖)或光子晶體光纖。實(shí)施例2如圖4所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是每一組A側(cè)變形齒4-1均包括并排布設(shè)的兩個(gè)A側(cè)變形齒4-1，每一組B側(cè)變形齒4-2均包括并排布設(shè)的兩個(gè)B側(cè)變形齒 4-2，相應(yīng)地，多組A側(cè)變形齒4-1和多組B側(cè)變形齒4-2的頭部間形成供兩個(gè)信號光纖6穿過的曲線形通道，從而達(dá)到能同時(shí)監(jiān)測兩項(xiàng)物理量變化的目的。實(shí)際使用過程中，也可以根據(jù)實(shí)際監(jiān)測需要，對每一組A側(cè)變形齒4-1中所包括A側(cè)變形齒4-1的數(shù)量和每一組B側(cè)變形齒4-2中所包括B側(cè)變形齒4-2的數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、 連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖5所示，本實(shí)施例中，與實(shí)施例1不同的是所述A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2的外側(cè)均涂覆有一個(gè)伸縮變形層15，且該伸縮變形層15為金屬鈀或鈀合金層，用于監(jiān)測氫氣濃度的變化，當(dāng)伸縮變形層15的體積隨著氫氣濃度的變化而變化后，使曲線形縫隙4內(nèi)部所布設(shè)的A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間的距離改變，從而就可以改變在A 側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2間所夾信號光纖6的彎曲半徑，也即改變信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，從而改變了信號光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕乃p大小，通過測試單元5檢測到該光信號功率的變化并將該變化傳遞給處理單元7進(jìn)行分析處理，即可得到氫氣濃度的變化量。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例1相同。同時(shí)，也可以在A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2的外側(cè)鍍覆兩層或兩層以上的伸縮變形層15來監(jiān)測。如鍍覆兩層伸縮變形層15時(shí)，且兩個(gè)伸縮變形層15分別為用于監(jiān)測甲烷氣體含量的變形層一和起催化作用的變形層二。如監(jiān)測煤礦井下的甲烷氣體含量時(shí)，在A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2的表面上均鍍覆一層體積易變化的高分子材料層 (如聚乙烯)作為變形層一，然后再在變形層一上在蒸鍍一層鉬膜作為變形層二，當(dāng)空氣中有甲烷分子時(shí)，甲烷進(jìn)入曲線形縫隙4內(nèi)部，在鉬膜的催化作用下氧化放熱使變形層一的高分子材料層受熱膨脹，從而使多組A側(cè)變形齒4-1和多組B側(cè)變形齒4-2之間的距離改變，從而就可以改變在A側(cè)變形齒4-1和B側(cè)變形齒4-2之間的信號光纖6的彎曲半徑，也即改變信號光纖6的彎曲損耗系數(shù)，從而改變了信號光纖6內(nèi)傳輸?shù)墓庑盘柕乃p大小，通過測試單元5檢測到該光信號功率的變化并將該變化傳遞給處理單元7進(jìn)行分析處理，即可得到甲烷氣體濃度的變化量。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于包括供信號光纖(6)穿過的曲線形測試通道、與信號光纖(6)相接且對信號光纖(6)中的光信號功率變化量進(jìn)行同步測試的測試單元( 和與測試單元( 相接且對測試單元(5)的測試結(jié)果進(jìn)行分析處理的處理單元(7)；所述曲線形測試通道包括在端部所施加外應(yīng)力F的作用下能發(fā)生變形并相應(yīng)壓彎信號光纖(6)的圓柱體(10)、由上至下布設(shè)在圓柱體(10)外側(cè)壁或內(nèi)側(cè)壁上的曲線形縫隙(4)以及分別布設(shè)在曲線形縫隙(4)內(nèi)部相對兩側(cè)且能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的多組A側(cè)變形齒(4-1)和多組B側(cè)變形齒G-2)，每一組A側(cè)變形齒(4-1)均包括一個(gè)A側(cè)變形齒G-1)或并排布設(shè)的多個(gè)A側(cè)變形齒G-1)，每一組B側(cè)變形齒(4- 均包括一個(gè)B 側(cè)變形齒(4- 或并排布設(shè)的多個(gè)B側(cè)變形齒G-2)，多組A側(cè)變形齒(4-1)和多組B側(cè)變形齒(4- 之間呈交錯(cuò)布設(shè)且二者的頭部間形成供一個(gè)或多個(gè)信號光纖(6)穿過的曲線形通道，A側(cè)變形齒(4-1)和B側(cè)變形齒(4- 對應(yīng)布設(shè)在信號光纖(6)兩側(cè)；所述曲線形縫隙(4)包括上安裝節(jié)段、下安裝節(jié)段0 以及能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形且變形量與 A側(cè)變形齒(4-1)和B側(cè)變形齒(4- 在高度上的變形量相抵消的柱體外側(cè)壁節(jié)段(23)，所述A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒(4-2)分別安裝在上安裝節(jié)段和下安裝節(jié)段02) 上，上安裝節(jié)段布設(shè)在下安裝節(jié)段0 上方且二者間通過柱體外側(cè)壁節(jié)段進(jìn)行連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述A 側(cè)變形齒(4-1)和B側(cè)變形齒(4- 均由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述 A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒G-2)的外部均設(shè)置有一層或多層由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成的伸縮變形層(15)。
4.按照權(quán)利要求2所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述信號光纖(6)的外部設(shè)置有一層或多層由能隨溫度變化發(fā)生伸縮變形的熱變形材料、磁致伸縮材料、電致伸縮材料或能吸收被監(jiān)測對象并相應(yīng)發(fā)生伸縮變形的材料制成的伸縮變形層(15)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述曲線形縫隙(4)為矩形縫，上安裝節(jié)段布設(shè)在下安裝節(jié)段02) 的正上方。
6.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述曲線形測試通道中圓柱體(10)、A側(cè)變形齒G_1)、B側(cè)變形齒(4-2) 和信號光纖(6)的膨脹系數(shù)滿足公式α柱XL柱ΧΝΧΔΤ-α齒X(LlS+L2S)XNXAT-a 纖XcU千XNX Δ T = 0，式中α柱為圓柱體(10)所用材料的膨脹系數(shù)，L柱為柱體外側(cè)壁節(jié)段03)的長度，a 側(cè)變形齒(4-1)和B側(cè)變形齒(4_2)所用材料的膨脹系數(shù)，L1 s和 L2s分別為A側(cè)變形齒(4-1)和B側(cè)變形齒G-2)的高度，N為信號光纖(6)的層數(shù)，α纖為信號光纖(6)所用材料的膨脹系數(shù)，為信號光纖(6)的直徑，ΔΤ為溫度變化量。
7.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述曲線形縫隙(4)整體呈螺旋狀布設(shè)。
8.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述信號光纖(6)的一端設(shè)置有光反射裝置。
9.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于所述信號光纖(6)為外部包有多層光纖保護(hù)層的光纖。
10.按照權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，其特征在于多組所述A側(cè)變形齒G-1)中相鄰兩組A側(cè)變形齒(4-1)之間的間距自曲線形縫隙(4) 一端至另一端逐漸增大或逐漸減小，多組所述B側(cè)變形齒G-2)中相鄰兩組B側(cè)變形齒(4- 之間的間距自曲線形縫隙(4) 一端至另一端逐漸增大或逐漸減小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消減溫度影響的柱體光纖傳感裝置，包括供信號光纖穿過的曲線形測試通道、與信號光纖相接的測試單元和與測試單元相接的處理單元；曲線形測試通道包括圓柱體、由上至下布設(shè)在圓柱體外側(cè)壁或內(nèi)側(cè)壁上的曲線形縫隙以及分別布設(shè)在曲線形縫隙內(nèi)部相對兩側(cè)的多組A側(cè)變形齒和多組B側(cè)變形齒，A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒交錯(cuò)布設(shè)且二者頭部間形成供信號光纖穿過的曲線形通道；曲線形縫隙包括上安裝節(jié)段、下安裝節(jié)段以及變形量與A側(cè)變形齒和B側(cè)變形齒高度上的變形量相抵消的柱體外側(cè)壁節(jié)段。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、制作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，能有效消除或減少溫度對測量精度的影響。
文檔編號G01N21/01GK102445219SQ20101050259
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司