轴向应力可量化的长周期光纤光栅固定装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103433871 A (43)申请公布日 2013.12.11 CN 103433871 A *CN103433871A* (21)申请号 201310431500.6 (22)申请日 2013.09.22 B25B 11/00(2006.01) (71)申请人 刘明生 地址 050041 河北省石家庄市桥东区四水厂 路 18 号 申请人 梁丽丽 李燕 李国玉 杨康 谢飞 (72)发明人 刘明生 梁丽丽 李燕 李国玉 杨康 谢飞 (54) 发明名称 轴向应力可量化的长周期光纤光栅固定装置 (57) 摘要 一种光纤光栅的夹持装置， 专门用于长周期 光纤光栅的固定。 它

2、由固定板、 光纤固定桩、 滑道、 细滑柱、 旋钮、 微动螺杆、 止动器等组成。其特征 为， 光纤固定在光纤固定桩上， 转动旋钮可以使得 微动螺杆推拉右侧固定板使得其上光纤固定桩在 滑道上滑动来调节光栅上的应力， 刻度上的示数 可以表征轴向应力的大小， 滑道、 细滑柱的形状和 微动螺杆对其的固定使得固定在该装置上的光纤 各段处于同一条直线， 止动器保证光纤光栅固定 的相对位置不变。轴向应力可量化的长周期光纤 光栅固定装置很简洁的实现长周期光纤光栅的固 定和方便的进行大量的后续试验， 可以有效的控 制和等量的改变实验过程中轴向应力的大小。可 用于各种光纤的夹持， 制作简单、 操作方便。 (51)I

3、nt.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103433871 A CN 103433871 A *CN103433871A* 1/1 页 2 1. 轴向应力可量化的长周期光纤光栅固定装置固定板 （10） 左侧穿透固定安装着一个 小固定板 （3） ， 固定板 （10） 右侧同样有一个小固定板 （6） ， 小固定板 （6） 没有固定在固定板 （10） 上， 在固定板 （10） 接触部位为稍细的细滑柱 （15） ， 可以在固定板 （10） 的滑道 （11）

4、 上 滑动， 小固定板 （3） 和小固定板 （6） 上分为带有小 V 型槽 （8） 和小 V 型槽 （14） 的光纤固定 桩 （9） 和光纤固定桩 （13） ， 光纤光栅固定在光纤固定桩上， 调节最左侧的旋钮 （1） 通过微动 螺杆来使得细滑柱 （15） 在滑道 （11） 上滑动， 通过刻度 （2） 改变的多少表征轴向应力改变的 多少， 止动器 （4） 保证光纤光栅固定的相对位置不变。 2. 根据权利要求 1 所述的轴向应力可量化的长周期光纤光栅固定装置， 其特征是旋钮 （1） 、 刻度 （2） 和固定板 （3） 、 止动器 （4） 和微动螺杆 （5） 是一个仿照螺旋测微器制作的来实 现高精度

5、量化微小距离的 ； 将轴向应力改变的大小用距离来表示是仿照了压电陶瓷的基本 原理， 光纤固定桩 （9） 和光纤固定桩 （13） 上的小 V 型槽是用于用各种胶黏剂将光纤光栅固 定在其上用的， 上面的螺丝孔 （7） 和螺丝孔 （12） 可以用于固定光纤夹增加其适用范围 ； 小 固定板 （3） 是固定的， 通过微动螺杆与小固定板 （6） 相连， 且滑道 （11） 和细滑柱 （15） 横截 面均为矩形， 这保证了小 V 型槽 （8） 、 小 V 型槽 （14） 和两者之间连线这 3 条线段在同一条直 线上。 权 利 要 求 书 CN 103433871 A 2 1/2 页 3 轴向应力可量化的长周期

6、光纤光栅固定装置 技术领域 0001 本发明涉及一种光纤和光纤光栅的固定装置， 尤其是可以定量改变长周期光纤光 栅轴向应力大小的固定装置。 背景技术 0002 长周期光纤光栅作为一种新型的光学无源器件 , 到目前为止发展不过短短的十 几年， 但已经表现出了广阔的应用前景 , 其应用涉及到了光纤通信和光纤传感领域的各个 方面。基于长周期光纤光栅的传感器不仅具有传统的光纤传感器的可靠性好、 抗干扰能力 强、 结构简单、 尺寸小、 适于各种应用场合抗电磁干扰、 抗腐蚀、 能在恶劣的化学环境下工 作、 可复用性强等优点， 且还克服了传感信号弱以及传感光束始终禁闭在光纤纤芯内部传 输导致布拉格型传感器的

7、解调技术复杂等缺点。且由于长周期光纤光栅的周期比较长 , 满足的相位匹配条件是同向传输的纤芯基模和包层模之间的藕合， 这一特点使得谐振波长 和谐振强度对外界环境的变化非常敏感， 有着比传统更好的温度、 应力、 弯曲、 扭曲、 横向载 荷、 折射率灵敏度， 可用于微生物、 环境监测和腐蚀监控 , 更可实现在线测量。目前 , 长周 期光纤光栅已被用于飞机焊接点的腐蚀监控和环境湿度监控 , 钢筋混凝土的腐蚀监控 , 以及水环境中的石油污染监测和铬离子监测等。因此， 基于长周期光纤光栅的传感器具有 更好的应用发展潜力。 0003 利用高频 CO2激光器等方法写制的长周期光纤光栅存在自然弯曲， 造成长周

8、期光 纤光栅对弯曲的敏感， 要求长周期光纤光栅只能在拉直状态下才能有透射谱， 即只有在一 定的应力下长周期光纤光栅才能正常的工作。 因此需要对长周期光纤光栅的固定装置进行 特殊的设计。 0004 目前， 实验室利用的光纤和光栅的夹持装置主要为光纤夹， 即带有细小 V 型槽的 底座和带有橡胶垫的夹持器， 依靠磁铁之间的磁性和螺丝的固定来实现夹持光纤和光栅 的。除了光纤夹以外就是原理类似光纤夹但是功能更多更为精密的仪器， 但同时费用也会 急剧的上升。 实验室对于实现长周期光纤光栅的固定， 一般为先固定两个光纤夹， 然后在预 应力状态下在两个光纤夹上固定长周期光纤光栅， 或者长周期光纤光栅一端用光纤

9、夹固定 另一端通过滑轮悬挂重物， 来实现长周期光纤光栅的固定， 然后进行实验， 两个光纤夹的方 法对于应力无法改变， 一个光纤夹和一个滑轮的方法受外界环境的干扰比较大， 两种方法 使用的器材多， 橡胶等材料对实验内容限制很大， 对于研究长周期光纤光栅特性和用途的 实验的进行带来很大的困难。 0005 长周期光纤光栅对于轴向应力的改变也是敏感的， 轴向应力的改变会引起长周期 光纤光栅透射谱相应的改变。轴向应力对于长周期光纤光栅其他特性就是干扰因素， 从控 制变量的角度来说希望每次实验固定长周期光纤光栅时具有相同的轴向应力。 为了开拓长 周期光纤光栅更广阔的应用前景， 需要对长周期光纤光栅的固定装

10、置进行改进和优化。 发明内容 说 明 书 CN 103433871 A 3 2/2 页 4 0006 本发明的目的在于更好的固定光纤光栅， 提供一种可以量化改变光纤光栅轴向应 力大小的光纤光栅夹持装置， 解决现在实验室搭建的试验系统不稳定、 实验器材多、 材料限 制大、 实验进行困难等问题。 0007 本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的 ： 轴向应力可量化的长周期光纤光 栅固定装置在固定板 （10） 左侧穿透固定安装着一个小固定板 （3） ， 固定板 （10） 右侧同样有 一个小固定板 （6） ， 小固定板 （6） 没有固定在固定板 （10） 上， 在固定板 （10） 接触部位为稍 细的

11、细滑柱 （15） ， 可以在固定板 （10） 的滑道 （11） 上滑动。小固定板 （3） 和小固定板 （6） 上 分为别带有小 V 型槽 （8） 和小 V 型槽 （14） 的光纤固定桩 （9） 和光纤固定桩 （13） ， 光纤光栅 固定在光纤固定桩上， 调节最左侧的旋钮 （1） 通过微动螺杆来使得细滑柱 （15） 在滑道 （11） 上滑动， 通过刻度 （2） 改变的多少可以表征轴向应力改变的多少。当确定好轴向应力的大 小进行其他实验时， 拧紧止动器 （4） ， 保证光纤光栅固定的相对位置不变。这样便实现了轴 向应力可量化的长周期光纤光栅的固定。 0008 按以上所述的应力可量化的长周期光纤光栅

12、固定装置， 其特征是旋钮 （1） 、 刻度 （2） 和固定板 （3） 、 止动器 （4） 和微动螺杆 （5） 是一个仿照螺旋测微器制作的来实现高精度 量化微小距离的。将轴向应力改变的大小用距离来表示是仿照了压电陶瓷的基本原理。光 纤固定桩 （9） 和光纤固定桩 （13） 上的小 V 型槽是用于用各种胶黏剂将光纤光栅固定在其 上用的， 上面的螺丝孔 （7） 和螺丝孔 （12） 可以用于固定光纤夹增加其适用范围。小固定板 （3） 是固定的， 通过微动螺杆与小固定板 （6） 相连， 且滑道 （11） 和细滑柱 （15） 横截面均为 矩形， 这保证了小 V 型槽 （8） 、 小 V 型槽 （14） 和

13、两者之间连线这 3 条线段在同一条直线上。 0009 本发明的有益效果是 ： 很简洁的实现长周期光纤光栅的固定和方便的进行大量 的后续试验， 可以有效的控制实验过程中轴向应力的大小， 和等量的改变轴向应力的大小 ； 可用于各种光纤的夹持， 制作简单、 操作方便。 附图说明 0010 下面结合附图对本发明进一步说明。 0011 图 1 为本发明的结构图。图中 1. 旋钮， 2. 刻度， 3. 小固定板， 4. 止动器， 5. 微动 螺杆， 6. 小固定板， 7. 螺丝孔， 8.V 型槽， 9. 光纤固定桩， 10. 固定板， 11. 滑道， 12. 螺丝孔， 13. 光纤固定桩， 14.V 型槽

14、， 15. 细滑柱。 具体实施方式 0012 在图 1 中， 将长周期光纤光栅放在光纤固定桩 （9） 和光纤固定桩 （13） 上面的 V 型 槽 （8） 和 V 型槽 （14） 上， 然光栅部分位于两 V 型槽之间， 如果需要知道预应力的大小则在 固定的预应力下进行光纤的粘贴 ； 如果不需要知道预应力的大小， 直接进行粘贴即可。也 可在上面固定光纤夹， 根据实验的不同选择不同的方式。夹持或者固定好以后一端连接光 源， 一端连接能分析长周期光纤光栅透射谱性能的仪器， 根据具体的实验或者应用目的， 观 察长周期光纤光栅的透射谱图调节旋钮 （1） 来调节轴向应力的大小。 说 明 书 CN 103433871 A 4 1/1 页 5 图 1 说 明 书 附 图 CN 103433871 A 5