本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于異質(zhì)光纖的壓力傳感器及壓力傳感裝置。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是光學(xué)領(lǐng)域最為重要的傳感技術(shù)之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、高鐵、橋梁、國防工業(yè)等領(lǐng)域。光纖傳感器具有抗電磁干擾能力和耐腐蝕性,因而極適合用作橋梁等處于露天、惡劣環(huán)境下的大型土木工程結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測。以橋梁監(jiān)測為例，采用光纖傳感器，光纖既可以傳遞光源又可以傳遞測量信號(hào),還可多路復(fù)用。解決了一般傳感系統(tǒng)采用電纜來傳遞和輸出信號(hào)，電纜數(shù)量大、重量大的問題。
普通光纖的主要成分是sio2，纖細(xì)、脆弱、抗剪能力差，無法直接將其作為傳感器應(yīng)用于土木工程的施工中，如混凝土的澆注、鋼結(jié)構(gòu)的吊裝等以及惡劣的環(huán)境等。因此，在裸光纖的基礎(chǔ)上，需要對(duì)其進(jìn)行封裝等二次處理，使其更好的應(yīng)用于工程中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于異質(zhì)光纖的壓力傳感器及壓力傳感裝置。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種基于異質(zhì)光纖的壓力傳感器，采用純sio2光纖作為異質(zhì)光纖的芯層；采用折射率低于純sio2的塑料涂敷在純sio2光纖上作為異質(zhì)光纖的外包層；純sio2和塑料界面構(gòu)成全反射，光主要能量在純sio2傳播，部分能量在塑料層傳播。
進(jìn)一步說，所述的純sio2光纖的直徑為10-200微米。
進(jìn)一步說，涂敷的塑料厚度為100-500微米。
一種基于異質(zhì)光纖的壓力傳感裝置，采用光學(xué)時(shí)域反射技術(shù)進(jìn)行檢測，包括異質(zhì)光纖，脈沖激光發(fā)射機(jī)，光電探測器和數(shù)據(jù)處理控制電路，其特征在于：所述的異質(zhì)光纖采用純sio2光纖作為異質(zhì)光纖的芯層；采用折射率低于純sio2的塑料涂敷在純sio2光纖上作為異質(zhì)光纖的外包層；
所述的激光發(fā)射器機(jī)發(fā)射脈沖光到光纖內(nèi)，脈沖光在異質(zhì)光纖內(nèi)傳輸，傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射，光電探測器在脈沖光入射端測得后向散射光信號(hào)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理控制電路處理；
當(dāng)監(jiān)測體正常時(shí)，接收到的光信號(hào)強(qiáng)弱隨時(shí)間呈指數(shù)衰減；當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測體受到碰撞或產(chǎn)生裂縫時(shí)，異質(zhì)光纖受到壓力，接收到的光信號(hào)強(qiáng)度在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生極大的衰減，通過衰減程度來確定壓力強(qiáng)弱。
本發(fā)明的有益效果如下：光纖壓力傳感器具有質(zhì)量輕、信息量大、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，易于分布埋入結(jié)構(gòu)和構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，適合工程監(jiān)測。異質(zhì)光纖不僅保護(hù)了裸光纖，使其更加適合應(yīng)用于工程中，而且其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明中的傳感器采用純sio2光纖作為異質(zhì)光纖的芯層，直徑為10-200微米；采用折射率低于純sio2的塑料涂敷在純sio2光纖上作為異質(zhì)光纖的外包層，其厚度為100-500微米；異質(zhì)光纖的導(dǎo)光原理：純sio2和塑料界面構(gòu)成全反射，光主要能量在純sio2傳播，部分能量在塑料層傳播。
以異質(zhì)光纖作為壓力傳感器，異質(zhì)光纖的纖芯與塑料包層的折射率不同。對(duì)于現(xiàn)存的工程結(jié)構(gòu)，將異質(zhì)光纖用膠粘貼在需要檢測的結(jié)構(gòu)上；對(duì)于在建或者將要興建的工程，在混凝土結(jié)構(gòu)的施工過程中，在需要進(jìn)行監(jiān)測的結(jié)構(gòu)上埋入異質(zhì)光纖，然后進(jìn)行澆筑。
傳感技術(shù)方案：分布式傳感，具體包括分布式光纖壓力傳感器，脈沖激光發(fā)射機(jī)，光電探測器，數(shù)據(jù)處理控制電路。分布式光纖壓力傳感器的異質(zhì)光纖既是傳輸介質(zhì)又是傳感元件，異質(zhì)光纖上任意一點(diǎn)都是一個(gè)壓力傳感器單元，異質(zhì)光纖上任意空間和時(shí)間變化的分布信息都能測量。采用otdr(光學(xué)時(shí)域反射技術(shù))進(jìn)行檢測。激光發(fā)射器機(jī)發(fā)射脈沖光到光纖內(nèi)，脈沖光在異質(zhì)光纖內(nèi)傳輸，傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射，光電探測器在脈沖光入射端測得后向散射光信號(hào)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理控制電路處理。當(dāng)監(jiān)測體正常時(shí)，接收到的光信號(hào)強(qiáng)弱隨時(shí)間呈指數(shù)衰減；當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測體受到碰撞、產(chǎn)生裂縫等情況時(shí)，異質(zhì)光纖受到壓力，接收到的光信號(hào)強(qiáng)度在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)有極大的衰減，通過衰減程度來確定壓力強(qiáng)弱。
從發(fā)射信號(hào)到返回信號(hào)所用的時(shí)間，再確定光在異質(zhì)光纖中的速度，就可以計(jì)算出距離即位置為：
d＝(c×t)/2neff
其中，neff為異質(zhì)光纖的有效折射率，c為真空光速，t是信號(hào)發(fā)射后到接收到信號(hào)(雙程)的總時(shí)間(兩值相乘除以2后就是單程的距離)。
實(shí)施例，見圖1：一種基于異質(zhì)光纖的壓力傳感裝置包括脈沖激光發(fā)射機(jī)1，分布式光纖壓力傳感器2，光電探測器3和數(shù)據(jù)處理控制電路4，見圖1。脈沖激光發(fā)射器機(jī)1發(fā)射脈沖光入射到分布式光纖壓力傳感器2內(nèi)，發(fā)生碰撞時(shí)，碰撞點(diǎn)5處的光纖受到應(yīng)力，后向散射光發(fā)生變化。光電探測器3在激光入射端測光纖中的后向散射光，將信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理控制電路4。數(shù)據(jù)處理控制電路4得到后向散射光光強(qiáng)隨時(shí)間的變化曲線(正常時(shí)曲線呈指數(shù)衰減)。在碰撞點(diǎn)5對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)處，光強(qiáng)發(fā)生突變，根據(jù)光強(qiáng)的變化情況，分析受到的碰撞的強(qiáng)弱，并且根據(jù)時(shí)間點(diǎn)計(jì)算出發(fā)生碰撞的位置。數(shù)據(jù)處理控制電路4同時(shí)連接脈沖激光發(fā)射機(jī)1，可以根據(jù)接收的光信號(hào)對(duì)脈沖光進(jìn)行調(diào)整。
上述描述中的實(shí)施方案可以進(jìn)一步組合或者替換，且實(shí)施方案僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中專業(yè)技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變化和改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。