專利名稱：基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應力監測裝置，更確切地說，涉及一種基于光纖彎曲損耗變化來檢測彈簧應力的裝置。
背景技術：
彈簧是工業、人們生活中最常用的零件之一，其用途和種類非常多，但在多數情況下，我們只能通過模擬的方式獲得彈簧受到的應力大小，雖然有電子式的數字化方式，如依靠應變片來測試，但在易燃易爆強電磁干擾及遠距離監測等條件下的使用受到限制。中國專利申請號為20091003^60.2的《分布式光纖大變形測量傳感器》的專利，提出了一種在監測大變形的彈簧絲上安置有光纖、并通過布里淵散射光時域反射計 (BOTDR)來監測光纖應力變化的方案，其優點是可以進行遠距離、分布式、大形變進行監測， 并可抗電磁干擾，但缺點也比較突出，布里淵散射光時域反射計(BOTDR)是一種價格較高的精密設備，動輒幾十萬、上百萬元的價格限制了該光纖傳感器的使用范圍。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其結構簡單、設計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、應用范圍廣，并且在整個生產、使用、維護過程中成本均較低。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于受監測的彈簧10的兩端分別與一多圈微彎元件的兩端分別固定在一起，多圈微彎元件內包含有信號光纖6，信號光纖6通過延長光纖1接測試單元5，測試單元5后接處理單元7。所述的多圈微彎元件的一端與一輔助彈簧15連接，受監測的彈簧10的兩端分別與多圈微彎元件和輔助彈簧15的另一端固定在一起。所述的受監測的彈簧10的兩端固定有上基板23和下基板24。所述的多圈微彎元件的兩端分別通過上基板23和下基板24與受監測的彈簧10 的兩端固定在一起。所述的與多圈微彎元件有一端固定在一起的輔助彈簧15的另一端和多圈微彎元件的另一端分別通過上基板23和下基板M與受監測的彈簧10的兩端固定在一起。所述的多圈微彎元件是由單層的平板鋸齒型微彎元件構成，即兩塊鋸齒板18構成。所述的多圈微彎元件是由單層的平板鋸齒型微彎元件構成，且所述的信號光纖6 以螺旋盤繞的方式形成多圈結構并夾持于平板鋸齒型微彎元件中。所述的多圈微彎元件是由兩層或兩層以上的平板鋸齒型微彎元件構成，即由三塊或三塊以上的鋸齒板18構成。所述的多圈型微彎元件是由一個曲線型殼體4構成，布設在所述的曲線型殼體4內部相對兩側的多個A側變形齒4-1和多個B側變形齒4-2，所述的A側變形齒4-1和B側變形齒4-2呈交錯布設，A側變形齒4-1和B側變形齒4-2對應布設在信號光纖6的兩側。所述的多圈型微彎元件是由一個彈簧型的、在相鄰兩圈彈簧絲8上布設有相互交錯對應變形齒的微彎元件構成，兩列變形齒間夾有信號光纖6。所述的多圈型微彎元件是由一個波紋管20構成，在波紋管20的管壁2的內凹處的相對兩個側面上安置有多個A側變形齒4-1和多個B側變形齒4-2，所述的A側變形齒 4-1和B側變形齒4-2呈交錯布設，A側變形齒4-1和B側變形齒4_2對應布設在信號光纖 6的兩側。位于所述的多圈微彎元件中的信號光纖6的一端安置有光反射裝置46，如反射鏡或光纖光柵。所述的信號光纖6的另一端與1X2分路器45的1 口連接，1X2分路器45的2 口與測試單元5的連接。二個或二個以上的多圈型微彎元件中的信號光纖6串聯在一根光纖。在任意兩個多圈型微彎元件之間安置有光反射裝置46，優選的做法是低反射損耗的反射鏡或光纖光柵。這里選取由曲線型殼體4構成的多圈微彎元件舉例說明，當受監測的彈簧10應力變化時，輔助彈簧15和曲線型殼體4的長度也發生了變化，曲線型殼體4的長度變化導致曲線型殼體4內的相對兩側的變形齒之間的距離改變，這樣使夾持在相對兩側變形齒間信號光纖6的彎曲曲率變化，測試單元5通過檢測信號光纖6內部傳輸光信號功率的變化獲取曲線型殼體4的長度變化，測試單元5將檢測到的信號傳遞給處理單元7，處理單元7計算出受監測的彈簧10應力變化情況。所述的上基板23和下基板M上分別固定有上護筒觀和下護筒四。所述的下基板上安置有調整螺桿50所述的多圈型微彎元件內部填充有阻水油膏。所述信號光纖6為外部包有多層光纖保護層的光纖，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、多芯光纖、細徑光纖或光子晶體光纖。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，具有結構簡單、設計合理、使用方式靈活、靈敏度高；2、本發明的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，因基于光纖微彎損耗原理， 使本裝置具有抗電磁干擾、靈敏度高、電絕緣性好、安全可靠、耐腐蝕、可遠距離檢測、便于復用組網等諸多優點；3、本發明的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，由于可以采用的光源-光功率法測試，從而可以大幅度降低測試單元5的成本，從而使本裝置的整體成本大幅度降低， 使本裝置具有廣闊的使用范圍。4、本發明的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，也可以使用光時域反射計 (簡稱0TDR)構成測試單元5，檢測串聯在一根光纖上的多個包含在多圈微彎元件(如曲線型殼體4)中的信號光纖6的狀態，從而可以低成本、高效的完成多個不同點的彈簧10應力的監測，使該裝置在泥石流、滑坡、水壩、鐵路或公路路基等方面的監測能以較低的成本來實現。綜上所述，本發明結構簡單、設計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、 使用效果好，并具有成本低、可以遠距離分布式檢測、易組網復用等優點，使本發明的裝置具有良好的使用前景。下面通過附圖和實施例，對發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明第一具體實施方式
的結構示意圖。圖2為本發明第一具體實施方式
中曲線型殼體4的橫截面結構示意圖。圖3為本發明第二具體實施方式
的結構示意圖。圖4為本發明第二具體實施方式
中彈簧絲8及其變形齒、信號光纖6的局部橫截面結構示意圖。圖5為本發明第三具體實施方式
的結構示意圖。圖6為本發明第四具體實施方式
的結構示意圖。圖7為本發明第四具體實施方式
中波紋管20的局部橫剖面結構示意圖。。圖8為本發明第五具體實施方式
的結構示意圖。圖9為本發明第六具體實施方式
的結構示意圖。圖10為本發明第七具體實施方式
的結構示意圖。附圖標記說明
權利要求
1.基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于受監測的彈簧(10)的兩端分別與一多圈微彎元件的兩端分別固定在一起，多圈微彎元件內包含有信號光纖(6)，信號光纖(6)通過延長光纖(1)接測試單元(5)，測試單元( 后接處理單元(7)。
2.按照權利要求1所述的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的多圈微彎元件的一端與一輔助彈簧(1 的一端連接，受監測的彈簧(10)的兩端分別與多圈微彎元件和輔助彈簧(1 的另一端固定在一起。
3.按照權利要求1或2所述的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于 所述的受監測的彈簧(10)的兩端固定在上基板和下基板04)。
4.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的多圈微彎元件是由單層的平板鋸齒型微彎元件構成，即兩塊鋸齒板(18)構成。
5.按照權利要求4所述的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的信號光纖(6)以螺旋盤繞的方式形成多圈結構并夾持于平板鋸齒型微彎元件中。
6.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的多圈微彎元件是由兩層或兩層以上的平板鋸齒型微彎元件構成，即由三塊或三塊以上的鋸齒板(18)構成。
7.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的多圈型微彎元件是由一個曲線型殼體(4)構成，布設在所述的曲線型殼體 (4)內部相對兩側的多個A側變形齒G-1)和多個B側變形齒G-2)，所述的A側變形齒 (4-1)和B側變形齒(4- 呈交錯布設，A側變形齒(4-1)和B側變形齒(4- 對應布設在信號光纖(6)的兩側。
8.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的多圈型微彎元件是由一個彈簧型的、在相鄰兩圈彈簧絲(8)上布設有相互交錯對應變形齒的微彎元件構成，兩列變形齒間夾有信號光纖(6)。
9.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的多圈型微彎元件是由一個波紋管00)構成，在波紋管00)的管壁( 的內凹處的相對兩個側面上安置有多個A側變形齒(4-1)和多個B側變形齒G-2)，所述的A側變形齒(4-1)和B側變形齒(4- 呈交錯布設，A側變形齒(4-1)和B側變形齒(4_2)對應布設在信號光纖(6)的兩側。
10.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于位于所述的多圈微彎元件中的信號光纖(6)的一端安置有光反射裝置06)。
11.按照權利要求10所述的基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于所述的信號光纖(6)的另一端與1X2分路器05)的1 口連接，1X2分路器05)的2 口與測試單元(5)的連接。
12.按照權利要求1至3所述的任意一項基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，其特征在于二個或二個以上的多圈型微彎元件中的信號光纖(6)串聯在一根光纖。
全文摘要
本發明公開了一種基于光纖彎曲損耗的彈簧應力監測裝置，主要是受監測的彈簧(10)的兩端分別與一多圈微彎元件的兩端固定在一起，多圈微彎元件可以由多種結構構成，這以曲線型殼體(4)為例說明在曲線型殼體(4)內部的相對兩側布設有多個變形齒，兩側變形齒間夾持有信號光纖(6)。彈簧(10)在應力作用下長度變化，從而使兩端與彈簧(10)固定在一起的曲線型殼體(4)長度變化，引發其內部相對兩側變形齒間的位置變化，使信號光纖(6)的彎曲曲率變化，從而改變了信號光纖(6)的微彎損耗，測試單元(5)檢測到該微彎損耗變化并由處理單元(7)計算出彈簧(10)應力的大小。本裝置精度高、成本低，具有廣闊的前景。
文檔編號G01L1/24GK102384805SQ20101027623
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司