一種光纖傳感器及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖傳感器及其工作方法，包括殼體，殼體內(nèi)分布有轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b，轉(zhuǎn)軸a從上到下依次套接有驅(qū)動齒輪滾動軸承a，轉(zhuǎn)軸b從上到下依次套接有從動齒輪和滾動軸承b，從動齒輪與驅(qū)動齒輪相互嚙合，驅(qū)動齒輪上還嚙合有齒條，齒條的一端依次連接推桿和固定塊；推桿穿過殼體上的通孔固接固定塊；轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b上還設(shè)置有繞線裝置。本發(fā)明一種光纖傳感器通過采用設(shè)置有轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b，固定了光纖的彎曲半徑，通過轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b的運動，使光纖在彎曲長度發(fā)生變化的過程中彎曲半徑保持不變，簡化了引起光纖宏彎曲損耗發(fā)生變化的條件，使得光纖宏彎曲損耗的變化過程更加簡單，有很好的使用價值。
【專利說明】
一種光纖傳感器及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于光纖傳感設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖傳感器，本發(fā)明還涉及該光纖傳感器的工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當光纖發(fā)生彎曲時，光在彎曲部分中進行傳輸，要想保持相同相位的電磁場還位于一個平面，則傳導模的平面波前必須以彎曲光纖的曲率中心為旋轉(zhuǎn)中心，故越靠近外側(cè)，其沿光纖軸的縱向速度必須越大。當超過某個臨界曲率時，相速度就會大于包層平面波的相速度，傳導模就會變成輻射模，從而引起光束功率的損耗，這種損耗稱為光纖的宏彎曲損耗。研究表明，在一定的范圍內(nèi)，當光纖的彎曲半徑越小，即彎曲的曲率越大時，光纖的宏彎曲損耗越大。
[0003]目前，許多光纖傳感器大都采用了光纖的宏彎曲損耗理論，即在結(jié)構(gòu)裂縫的監(jiān)測過程中，通過光纖傳感器中光纖的彎曲半徑的變化來引起光纖的宏彎曲損耗的變化，進而表示結(jié)構(gòu)裂縫的變化；由于光纖的彎曲半徑的改變引起的光纖宏彎曲損耗的變化較為復雜，所以得到的光纖的宏彎曲損耗不易準確表示結(jié)構(gòu)裂縫的寬度，導致結(jié)構(gòu)裂縫的監(jiān)測過程存在一定的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種光纖傳感器，解決了現(xiàn)有光纖傳感器在結(jié)構(gòu)裂縫的監(jiān)測過程中，光纖的彎曲半徑發(fā)生變化導致光纖的宏彎曲損耗不易準確表示結(jié)構(gòu)裂縫寬度的問題。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提供一種光纖傳感器的工作方法。
[0006]本發(fā)明所米用的技術(shù)方案是，一種光纖傳感器，包括殼體，殼體內(nèi)分布有轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b，轉(zhuǎn)軸a從上到下依次套接有驅(qū)動齒輪和滾動軸承a，轉(zhuǎn)軸b從上到下依次套接有從動齒輪和滾動軸承b，從動齒輪與驅(qū)動齒輪相互嚙合，驅(qū)動齒輪上還嚙合有齒條，齒條的一端依次連接推桿和固定塊;推桿穿過殼體上的通孔固接固定塊;轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b上還設(shè)置有繞線裝置。
[0007]本發(fā)明的特征還在于，
[0008]繞線裝置包括纏繞在轉(zhuǎn)軸a側(cè)壁上的光纖a，光纖a—端固接在轉(zhuǎn)軸a的側(cè)壁并連接光纖b，光纖a的另一端固接在轉(zhuǎn)軸b的側(cè)壁并連接光纖c;光纖c通過出線口穿出殼體，光纖b通過入線口穿出殼體;入線口和出線口均設(shè)置在殼體上;光纖a、光纖b和光纖c均為同一段光纖。
[0009]推桿的兩端分別設(shè)置有擋片，任一擋片設(shè)置在殼體內(nèi)部，任一擋片設(shè)置在殼體外部。
[0010]轉(zhuǎn)軸a的直徑為40.44?52.62mm，轉(zhuǎn)軸b的直徑為13.48?17.54mm。
[0011 ]轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b的直徑比為2.5?3:1;驅(qū)動齒輪和從動齒輪的齒頂圓的直徑比為2.5?3:1，轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b的直徑比與驅(qū)動齒輪和從動齒輪的齒頂圓的直徑比相同。
[0012]光纖a纏繞在轉(zhuǎn)軸a上的圈數(shù)為I?5圈。
[0013]本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是，一種光纖傳感器的工作方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一，將殼體I和固定塊8分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接；
[0015]步驟二，通過光纖cl5連接光功率計，光纖bl4連接光源，記錄光功率計的讀數(shù)R0值；
[0016]步驟三，間隔設(shè)定時間后，記錄光功率計的讀數(shù)辦值；
[0017]步驟四，通過讀數(shù)Ro和讀數(shù)&帶入公式D= A(R1-Rq)中，計算出結(jié)構(gòu)裂縫的寬度，其中式中D表示裂縫寬度，λ為傳感器的標準系數(shù)。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種光纖傳感器通過采用設(shè)置有轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b，固定了光纖的彎曲半徑，通過轉(zhuǎn)軸a和轉(zhuǎn)軸b的運動，使光纖在彎曲長度發(fā)生變化的過程中彎曲半徑保持不變，簡化了引起光纖宏彎曲損耗發(fā)生變化的條件，使得光纖宏彎曲損耗的變化過程更加簡單，有很好的使用價值。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明一種光纖傳感器的剖視圖。
[0021]圖中，1.殼體，2.轉(zhuǎn)軸a，3.轉(zhuǎn)軸b，4.驅(qū)動齒輪，5.從動齒輪，6.齒條，7.推桿，8.固定塊，9.通孔，10.擋片，11.滾動軸承a，12.滾動軸承b，13.光纖a，14.光纖b，15.光纖C，16.出線口，17.入線口。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023]本發(fā)明一種光纖傳感器，如圖1和圖2所不，包括殼體I，殼體I內(nèi)分布有轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3，轉(zhuǎn)軸a2從上到下依次套接有驅(qū)動齒輪4和滾動軸承all，轉(zhuǎn)軸b3從上到下依次套接有從動齒輪5和滾動軸承bl2，從動齒輪5與驅(qū)動齒輪4相互嚙合，驅(qū)動齒輪4上還嚙合有齒條6，齒條6的一端依次連接推桿7和固定塊8;推桿7穿過殼體I上的通孔9固接固定塊8;轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3上還設(shè)置有繞線裝置。
[0024]繞線裝置包括纏繞在轉(zhuǎn)軸a2側(cè)壁一周的光纖al3，光纖al3—端固接在轉(zhuǎn)軸a2的側(cè)壁并連接光纖bl4，光纖al3的另一端固接在轉(zhuǎn)軸b3的側(cè)壁并連接光纖cl5，光纖al3與轉(zhuǎn)軸a2、轉(zhuǎn)軸b3分別相切，切點為與轉(zhuǎn)軸a2、轉(zhuǎn)軸b3的固接點;光纖cl5通過出線口 16穿出殼體1，光纖bl4通過入線口 17穿出殼體I;入線口 17和出線口 16均設(shè)置在殼體I上，入線口 17與轉(zhuǎn)軸a2的中心軸線的位置相對應(yīng)，出線口 16與轉(zhuǎn)軸b 3的中心軸線的位置相對應(yīng);光纖a 13、光纖bl4和光纖cl5均為同一段光纖，避免由于接線頭造成的光損耗。
[0025]推桿7的兩端分別設(shè)置有擋片10，任一擋片10設(shè)置在殼體I內(nèi)部，任一擋片10設(shè)置在殼體2外部，位于殼體I內(nèi)部的擋片10可以阻擋齒條6穿出殼體I，位于殼體2外部的擋片10還可以阻擋固定塊8進入殼體I內(nèi)部。
[0026]轉(zhuǎn)軸a2的直徑為40.44?52.62mm，轉(zhuǎn)軸b3的直徑為13.48?17.54mm。
[0027]轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3的直徑比為2.5?3:1;驅(qū)動齒輪4和從動齒輪5的齒頂圓的直徑比為2.5?3:1，轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3的直徑比與驅(qū)動齒輪4和從動齒輪5的齒頂圓的直徑比相同。
[0028]光纖al3纏繞在轉(zhuǎn)軸a2上的圈數(shù)為I?5圈。
[0029]利用上述光纖傳感器測量結(jié)構(gòu)裂縫的工作方法，具體按以下步驟實施:
[0030]步驟一，將殼體I和固定塊8分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接；
[0031]步驟二，通過光纖cl5連接光功率計，光纖bl4連接光源，記錄光功率計的讀數(shù)R0值；
[0032]步驟三，間隔設(shè)定時間后，記錄光功率計的讀數(shù)辦值；
[0033]步驟四，通過讀數(shù)Ro和讀數(shù)仏帶入公式D= A(R1-Rq)中，計算出結(jié)構(gòu)裂縫的寬度，其中式中D表示裂縫寬度，λ為傳感器的標準系數(shù)。
[0034]本發(fā)明一種光纖傳感器的工作原理:將殼體I和固定塊8分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接，當結(jié)構(gòu)裂縫開始變化時，推動固定塊8開始運動，固定塊8同時帶動推桿7、齒條6開始運動，齒條6的的運動帶動與其相嚙合的驅(qū)動齒輪4、從動齒輪5相運動；當驅(qū)動齒輪4和從動齒輪5開始做圓周運動時，轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3也開始做圓周運動，與轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3均固接的光纖al3開始運動，由于轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3作為光纖的彎曲半徑是固定的，從而通過公式? = λ(R1-Ro)計算出結(jié)構(gòu)裂縫的寬度，當D為正數(shù)時，表示結(jié)構(gòu)裂縫展開；當D為負數(shù)時，表示結(jié)構(gòu)裂縫閉合。
[0035]實施例1
[0036]通過光纖bl4連接波長為1310nm的光源，光纖cl5連接光功率計，光纖bl4與光纖al3連接且光纖al3固接在轉(zhuǎn)軸a2上，轉(zhuǎn)軸b3的直徑為13.48mm，轉(zhuǎn)軸a2的直徑為40.44mm，光纖al3纏繞轉(zhuǎn)軸a2—圈，驅(qū)動齒輪4齒頂圓的直徑為54mm，從動齒輪5齒頂圓的直徑為18mm，已知傳感器的標準系數(shù)λ為35.601mm/db，將殼體I和固定塊8分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接，測得讀數(shù)Ri為7.34db，讀數(shù)Ro為6.03db，帶入公式中可得D = 46.64mm，可知結(jié)構(gòu)的裂縫展開了 46.64mm。
[0037]實施例2
[0038]通過光纖bl4連接波長為1310nm的光源，光纖cl5連接光功率計，光纖bl4與光纖al3連接且光纖al3固接在轉(zhuǎn)軸a2上，轉(zhuǎn)軸b3的直徑為14.54mm，轉(zhuǎn)軸a2的直徑為43.62mm，光纖al3纏繞轉(zhuǎn)軸a2三圈，驅(qū)動齒輪4齒頂圓的的直徑為54mm，從動齒輪5齒頂圓的直徑為18mm，已知傳感器的標準系數(shù)λ為51.140mm/db，將殼體I和固定塊8分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接，測得讀數(shù)Ri為7.56db，讀數(shù)Ro為7.42db，帶入公式中可得D = 7.16mm，可知結(jié)構(gòu)的裂縫展開了7.16mm。
[0039]實施例3
[0040]通過光纖bl4連接波長為1310nm的光源，光纖cl5連接光功率計，光纖bl4與光纖al3連接且光纖al3固接在轉(zhuǎn)軸a2上，轉(zhuǎn)軸b3的直徑為17.54mm，轉(zhuǎn)軸a2的直徑為52.62mm，光纖&13纏繞轉(zhuǎn)軸&2五圈，驅(qū)動齒輪4的齒頂圓直徑為60mm，從動齒輪5的齒頂圓直徑為20mm，已知傳感器的標準系數(shù)λ為152.631m mm/db，將殼體I和固定塊8分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接，測得讀數(shù)Ri為7.33db，讀數(shù)Ro為7.55(113，帶入公式中可得0 = -30.58mm，可知結(jié)構(gòu)的裂縫閉合了 30.58mm。
[0041]本發(fā)明一種光纖傳感器通過采用設(shè)置有轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3，固定了光纖的彎曲半徑，通過轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3的運動，使光纖在彎曲長度發(fā)生變化的過程中彎曲半徑保持不變，簡化了引起光纖宏彎曲損耗發(fā)生變化的條件，使得光纖宏彎曲損耗的變化過程更加簡單，有很好的使用價值。
【主權(quán)項】
1.一種光纖傳感器，其特征在于，包括殼體(I)，殼體(I)內(nèi)分布有轉(zhuǎn)軸a( 2)和轉(zhuǎn)軸b(3)，轉(zhuǎn)軸a(2)從上到下依次套接有驅(qū)動齒輪(4)和滾動軸承a(ll)，轉(zhuǎn)軸b(3)從上到下依次套接有從動齒輪(5)和滾動軸承b(12)，從動齒輪(5)與驅(qū)動齒輪(4)相互嚙合，所述的驅(qū)動齒輪(4)上還嚙合有齒條(6)，齒條(6)的一端依次連接推桿(7)和固定塊(8);所述的推桿(7)穿過殼體(I)上的通孔(9)固接固定塊(8);所述的轉(zhuǎn)軸a(2)和轉(zhuǎn)軸b(3)上還設(shè)置有繞線目.ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感器，其特征在于，所述的繞線裝置包括纏繞在轉(zhuǎn)軸a(2)側(cè)壁上的光纖a(13)，光纖a(13)—端固接在轉(zhuǎn)軸a(2)的側(cè)壁并連接光纖b(14)，光纖a(13)的另一端固接在轉(zhuǎn)軸b(3)的側(cè)壁并連接光纖c(15);光纖c(15)通過出線口(16)穿出殼體(I)，所述的光纖b(14)通過入線口(17)穿出殼體(I);所述的入線口(17)和出線口(16)均設(shè)置在殼體(I)上;所述的光纖a(13)、光纖b(14)和光纖c(15)均為同一段光纖。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感器，其特征在于，所述的推桿(7)的兩端分別設(shè)置有擋片(10)，任一擋片(10)設(shè)置在殼體(I)內(nèi)部，任一擋片(10)設(shè)置在殼體(2)外部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)軸a(2)的直徑為40.44?52.62mm，轉(zhuǎn)軸 b(3)的直徑為 13.48 ?17.54臟。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖傳感器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3的直徑比為2.5?3:1;所述的驅(qū)動齒輪4和從動齒輪5的齒頂圓的直徑比為2.5?3:1，所述的轉(zhuǎn)軸a2和轉(zhuǎn)軸b3的直徑比與驅(qū)動齒輪4和從動齒輪5的齒頂圓的直徑比相同。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖傳感器，其特征在于，所述的光纖a(13)纏繞在轉(zhuǎn)軸a(2)上的圈數(shù)為I?5圈。7.一種光纖傳感器的工作方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，將殼體(I)和固定塊(8)分別與結(jié)構(gòu)裂縫的兩側(cè)相固接； 步驟二，通過光纖c(15)連接光功率計，光纖b(14)連接光源，記錄光功率計的讀數(shù)Ro值； 步驟三，間隔設(shè)定時間后，記錄光功率計的讀數(shù)辦值； 步驟四，通過讀數(shù)Ro和讀數(shù)&帶入公式D = A(R1-Rq)中，計算出結(jié)構(gòu)裂縫的寬度，其中式中D表示結(jié)構(gòu)裂縫寬度，λ為傳感器的標準系數(shù)。
【文檔編號】G01B11/02GK105937881SQ201610555150
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】李亞明, 楊杰, 馬鈺明, 程琳
【申請人】西安理工大學