[发明专利]一种光纤应变盘及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤应变盘制作技术领域，尤其涉及一种光纤应变盘及其制作方法。利用该方法制作的光纤应变盘可以用于设计、制作光纤传感器。该方法简单可行、易操作，制作的平面光纤应变盘可以根据具体测量目标进行基体材料、几何尺寸、安装方式等方面进行改进，用于对压力(包括液压、声压、水声压、油气田井压)、振动等信号进行精密的检测和计量。

背景技术

传统的压力传感器是在充当弹性换能器件的平膜片上粘贴应变计，在外界信号如压力等作用下，膜片产生相应的挠曲，即膜片上不同位置产生相应的应变，进而带动用粘贴等方法固化在上面的应变计，通过检测应变计即可反推外界压力的大小。

已知传统传感器所用的应变计一般是电阻式、硅压阻等方式。这些发方法有着下述种种不足之处：

1.电绝缘性能差

2.强电场和强磁场下不能正常工作

3.用于特殊场所如油库等会诱发不安全因素

光纤传感技术可以在提供精确的测量同时避免上述的种种不足之处。光纤传感技术是现代通信的产物，是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。光在传输过程中，光纤易受到外界环境的影响，如温度、压力等，从而导致传输光的强度、相位、频率、偏振态等光波量发生变化，从而通过监测这些量的变化可以获得相应的物理量。光纤传感器具有下列特点：

1.不受潮湿环境影响，能避免电磁场的干扰，电绝缘性好；

2.耐久性好，具有抵抗包括高温在内的恶劣环境及化学侵蚀的能力；

3.质量轻，体积小，对结构影响小，易于布设；

4.光纤传输信号衰减小，易于组网复用，便于阵列应用等优点

用于振动、压力测量的干涉式光纤传感器，通过不同的弹性换能元件将外界信号如振动加速信号高效的转化为光纤内传输信号的相位变化，再通过干涉的方法将相位的变化转化为光强的变化，最终实现信号的还原。实现这种功能的主要有两科方式，如芯轴式(如文献A 3-componentfiber-optic accelerometer for well logging，Optics Communications 234(2004)153-162)和盘片式(如文献High-Responsivity Fiber-Optic Flexural DiskAccelerometers JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.18，NO.9，SEPTEMBER 2000)两种。

区别于芯轴式在一个弹性桶或者弹性柱上缠绕光纤，盘片式光纤传感器核心元件采用平面螺旋状的光纤盘，即光纤应变盘。此类传感器的特点不仅仅有上述光纤传感的特点如动态范围大、精度高外，制成的传感器体积更加小巧，质量轻，厚度仅有几个毫米，且粘贴光纤的盘片一般采用金属材料，相对于芯轴式弹性材料(一般为橡胶等其他非金属材料，材料的力学性能受温度等外界环境变化的影响大)，在温度发生大幅变化情况下碟片式传感器仍然能够正常工作，因此具有巨大的发展潜力，在某些场合替代传统的传感器已经成为必然趋势。

但是，怎样将几米、数十米甚至上百米的光纤紧密的形成一个致密的螺旋光纤盘并固定于换能器上成为摆在广大工程设计人员面前的难题，且在平面上粘贴致密螺旋状的光纤盘的技术还未发现有关报道，这也势必影响了盘片式传感器发展步伐。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种制作光纤应变盘的方法，以解决将光纤紧密的形成一个致密的螺旋光纤盘并固定于换能器的难题。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种制作光纤应变盘的方法，该方法包括：

A、计算所需要的光纤长度和所需要盘绕区域的尺寸，在带有黏性的底板上标记待缠绕区域的内外边沿线；

B、将光纤依照一定的走向沿内边沿线放上，边放边施加一定的力将光纤粘接并固定在内边沿线上，直到光纤布满整个内边沿线一圈，形成光纤盘的最内圈；

C、继续将待缠绕光纤紧靠最内圈相切放下并同样施加一定的力使光纤粘贴在黏性底板上，直到光纤布满从内环数第二圈，依此反复进行，直到将预定长度的光纤缠绕完毕；

D、用黏合剂将上述缠绕好的光纤盘和用于换能的弹性元件粘贴在一起，黏合剂的粘接强度大于黏性底板的粘接强度，固化后去掉黏性底板，制成用作弹性敏感元件的光纤应变盘。