基于微弯损耗的多层型高精度光纤检测装置 技术领域 本发明属于光纤弯曲损耗检测技术领域， 尤其是涉及一种基于光纤微弯损耗的多 层型的高精度光纤检测装置。
背景技术 现有光纤检测装置的种类非常多， 主要包括光强度调整型光纤传感器、 光纤光栅 传感器、 光纤干涉传感器等多种类型， 后两者的特点是传感灵敏度高， 但是实际应用过程 中， 存在设备复杂、 使用运行成本高等缺陷和不足， 从而使得光纤传感器的应用推广受到很 大限制。尤其是对较高灵敏度的光纤传感器， 其会响应使用过程中各种环境条件的改变情 形， 如光纤干涉传感器， 由于其灵敏度很高， 但当其应用于实际条件下后， 发现温度、 气压、 振动等环境因素均会对其工作参数造成影响， 因而实际使用时， 不得不采取多种措施来防 止和剔除上述环境因素的影响， 从而使得其监测设备的结构越来越趋于复杂， 运行使用成 本大幅提高。
而光纤微弯传感器是一种光强度调制的传感器， 具有成本低、 灵敏度高、 具有一定 的环境抗干扰能力的特点， 其实现方案是基于光纤的弯曲或微弯损耗来实现的。通过改变 光纤的弯曲程度， 从而导致输出光功率的变化。
光功率损耗的原理是 ： 当光纤受到弯曲扰动的时候， 将会产生弯曲损耗， 主要是微 弯损耗和宏弯损耗。 两者弯曲损耗均是由于光纤弯曲时导致纤芯中的部分导模耦合至包层 引起的， 两者损耗可以根据 Marcuse 的理论公式计算弯曲损耗大小， 其公式如下 ：
POUT ＝ PIN exp(-γS)
其中， Pout 和 Pin 分别为输出和输入光功率， γ 是弯曲损耗系数， S 为弯曲弧长。 可以看出光纤的弯曲损耗系数 γ 越大， 即光纤弯曲半径越小， 则损耗越大， 但弯曲半径过 小会导致光纤寿命大幅度减少， 影响衰减器的使用寿命， 所以实际应用中光纤的弯曲半径 是受限制的 ； 另一方面， 在相同的弯曲损耗系数 γ 下， 若增加弯曲弧长 S， 则可增大衰减， 可 以通过大幅度增加弯曲弧长 S， 达到大幅度提高光纤衰减器的动态范围和精度的目的。
现有的微弯光纤传感装置都是一层结构， 为延长有效弯曲光纤的长度， 目前的方 法是在这一层结构中将光纤在该平面螺旋盘绕多圈， 达到延长有效弯曲光纤的目的， 但这 样仍不能解决现有的微弯型光纤传感器的有效变化距离最大只有数百微米的现状， 并且很 难对光纤的最小弯曲曲率进行有效的控制， 这样限制了该类光纤传感器的使用寿命和使用 范围。
发明内容 为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供一种基于光纤微弯损耗的多层型光纤 检测装置， 该检测装置结构简单、 设计合理、 操作方法方便且使用方式灵活、 具有一定的环 境抗干扰能力、 灵敏度高， 由于是多层微弯结构， 使该光纤检测装置具有使用寿命长、 精度 高的特点。
为解决上述技术问题， 本发明采用的技术方案是 ： 一种基于微弯损耗的多层型高 精度光纤检测装置， 其特征在于 ： 包括至少由三块互相平行的、 两两相对的、 具有相互错开 变形齿的板构成的两层微弯变形器， 一根信号光纤的至少有两个部分分别夹持在两层微弯 变形器之间， 信号光纤的两端接延长光纤。
当有应力作用在微弯变形器时， 两层微弯变形器会同时对应力做出响应， 从而使 信号光纤的有效弯曲长度两倍于单层的微弯变形器， 从而提高了该光纤检测装置的精度和 灵敏度， 同时增加了整个微弯变形器的变化距离， 并可以减少信号光纤的弯曲曲率， 从而延 长了信号光纤的使用寿命。 同样的方法可以做到三层、 四层等更多层的微弯变形器， 从而可 以使本发明的光纤检测装置具有很高的精度和灵敏度。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的构成每层微弯变形器 的两块板之间有弹性元件。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的构成微弯变形器的板 由导轨串在一起。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的延长光纤接测试单 元。 本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的信号光纤的一端的延 长光纤接光反射装置， 如反射镜或光纤光栅。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的信号光纤的一端的延 长光纤接 1X2 光分路器的 1 端， 1X2 光分路器的 2 端分别接光源和光功率计。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的信号光纤被防水材料 包覆。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述的防水材料是阻水油 膏。
本发明的光纤传感器解决进一步技术问题的方案是 ： 所述信号光纤为外部包有多 层光纤保护层的光纤， 如紧套光纤、 碳涂覆光纤、 聚酰亚胺涂覆光纤等 ； 所述信号光纤也可 以是塑料光纤、 多芯光纤、 细径光纤或光子晶体光纤。
本发明与现有技术相比具有以下优点 ：
1、 基于微弯损耗的多层型高精度光纤检测装置， 该传感器结构简单、 设计合理、 操 作方法方便且使用方式灵活、 具有一定的环境抗干扰能力、 灵敏度高 ；
2、 基于微弯损耗的多层型高精度光纤检测装置， 因由多层微弯变形器构成， 大大 增加了信号光纤的有效弯曲长度， 一方面增加了检测的精度和灵敏度， 并可以减少信号光 纤的弯曲曲率， 从而延长了信号光纤的使用寿命， 使该光纤检测装置具有使用寿命长的特 点；
3、 本发明的光纤检测装置由于采用了多层微弯变形器， 从而可以使本光纤检测装 置可以响应更大的应力作用距离， 扩展了该装置的使用范围。
综上所述， 本发明结构简单、 设计合理、 加工制作方便且使用方式灵活、 灵敏度高、 使用效果好， 所具有多层微弯变形器结构可以大幅度减少信号光纤弯曲曲率， 并大幅度延 长了信号光纤的有效长度， 使本发明的光纤检测装置具有更好的精度和更长的使用寿命。
下面通过附图和实施例， 对发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图 1 为本发明第一具体实施方式的结构示意图。 图 2 为本发明第二具体实施方式的结构示意图。 图 3 为图 2 中的 A-A′剖面结构示意图。 附图标记说明 ： 1- 延长光纤 ； 6- 信号光纤 ； 11- 第二层板 ； 25- 变形齿 ； 4- 微弯变形器 ； 7- 处理单元 ； 12- 第三层板 ； 30- 弹簧。 5- 测试单元 ； 10- 第一层板 ； 20- 导轨 ；具体实施方式 实施例 1
如图 1 所示， 本发明包括包括由第一层板 10、 第二层板 11 和第三层板 12 三块互 相平行的、 两两相对的、 具有相互错开变形齿的板构成的两层微弯变形器 4， 一根信号光纤 6 的至少有两个部分分别夹持在两层微弯变形器 4 之间， 信号光纤 6 的两端接延长光纤 1。
本实施例中， 当有应力作用在微弯变形器 4 时， 两层微弯变形器 4 会同时对应力做 出响应， 从而使信号光纤 6 的有效弯曲长度两倍于单层的微弯变形器 4， 从而提高了该光纤 检测装置的精度和灵敏度， 同时增加了整个微弯变形器 4 的变化距离， 并可以减少信号光 纤 6 的弯曲曲率， 从而延长了信号光纤 6 的使用寿命。同样的方法可以做到三层、 四层等更 多层的微弯变形器 4， 从而可以使本发明的光纤检测装置具有很高的精度和灵敏度。
信号光纤 6 的通过延长光纤 1 与测试单元 5 连接， 测试单元 5 后面连接的是处理 单元 7， 信号光纤 6 弯曲曲率的变化会导致在信号光纤 6 内部传输的光信号的变化， 通过测 试单元 5 可以监测到该光信号的变化， 并通过处理单元 7 进行后续处理。
所述信号光纤 6 为外部包有多层光纤保护层的光纤， 如紧套光纤、 碳涂覆光纤、 聚 酰亚胺涂覆光纤等 ； 所述信号光纤 6 也可以是塑料光纤、 多芯光纤、 细径光纤或光子晶体光 纤。
所述信号光纤 6 和延长光纤 1 外部包覆有防水材料， 如防水油膏， 可进一步防止水 分子对信号光纤 6 和延长光纤 1 的侵蚀， 延长了信号光纤 6 和延长光纤 1 的使用寿命。
当测试单元 5 采用的是单端方式与信号光纤 6 的一端的延长光纤 1 连接时， 如测 试仪器是光时域反射计 (OTDR) 时， 或信号光纤 6 的一端的延长光纤 1 连接 1X2 的分路器的 1 端， 而 1X2 分路器的 2 端接光源和光功率计时， 在信号光纤 6 的另一端的延长光纤 1 可以 安置有光反射装置， 如反射镜或光纤光栅， 可以使信号光纤 6 内传输的光信号两次通过信 号光纤 6 的弯曲部分， 进一步提高了本检测装置的精度和灵敏度。
实施例 2
如图 2、 图 3 所示， 本实施例中， 与实施例 1 不同的是 ： 每层微弯变形器 4 均夹有两 段信号光纤 6， 从而易于使每层微弯变形器 4 的板保持平行， 每层微弯变形器 4 的板间有导 轨 20 和弹簧 30， 从而使多层微弯变形器 4 运行得更加平稳。 本实施例中， 其余部分的结构、 连接关系和工作原理均与实施例 1 相同。
以上所述， 仅是本发明的较佳实施例， 并非对本发明作任何限制， 凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 变更以及等效结构变化， 均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。