[发明专利]基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置及方法

权利要求书

1.基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于：包括两端固定于待测物体(10)上的一个由弹簧丝(4)构成的整体呈螺旋状的多圈形弹簧型构件(25)，在弹簧丝(4)的上表面和下表面上沿弹簧丝(4)纵向连续布设有多个变形齿，相邻两圈弹簧丝(4)中的上弹簧丝的下表面上的第一下变形齿(4-1)与下弹簧丝上表面上的第一上变形齿(4-2)交错对应，第一下变形齿(4-1)之间和第一上变形齿(4-2)之间的齿距是均匀的，所述第一下变形齿(4-1)与第一上变形齿(4-2)之间夹有第一信号光纤(6)，所述第一信号光纤(6)通过传输光纤(1)连接有测试单元(5)，所述测试单元(5)连接有处理单元(7)。

2.根据权利要求1所述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于：所述的构成弹簧型构件(25)的弹簧丝(4)的上表面与下表面之间设置有弹性材料层(8)。

3.根据权利要求1所述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于：包括在弹簧丝(4)表面上与第一个信号光纤(6)并排布设的第二信号光纤(9)，以及连续布设在所述弹簧丝(4)的第二组多个上弹簧丝的下表面上的第二下变形齿(4-3)和第二组多个下弹簧丝上表面上的第二上变形齿(4-4)，所述第二信号光纤(9)夹持在第二下变形齿(4-3)与第二上变形齿(4-4)之间，所述第二下变形齿(4-3)和第二上变形齿(4-4)沿着弹簧型构件(25)每360度为一个周期，每个周期的起始点位于弹簧型构件(25)的同一个方向，并作为零角度，每个周期内的变形齿的间距或齿高是单调变化的，且不同周期的变形齿的间距或齿高是单调变化且变化趋势是一致的，所述第二个信号光纤(9)通过传输光纤(1)与测试单元(5)相连接。

4.根据权利要求3所述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于：每个周期之间没有交叉，每个周期划分为相同数量的有限个区域，对应于弹簧型构件(25)同一个方向的每个周期上的对应区域内的变形齿的间距或齿高是相同的。

5.根据权利要求2所述的基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定装置，其特征在于：所述弹簧型构件通过光开关(30)与测试单元(5)连接。

6.基于光纤弯曲损耗的弹簧型弯曲参量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、包含在弹簧型构件(25)中的第一信号光纤(6)的光信号损耗变化值与弹簧型构件(25)弯曲曲率的比例因子的标定：

标定的方法：将含有第一信号光纤(6)的弹簧型构件(25)的长度在初始状态或直线状态下锁定，利用已知弯曲曲率的圆弧，将含有第一信号光纤(6)的弹簧型构件(25)依照圆弧弯曲，并记录在相应弯曲曲率下第一信号光纤(6)的损耗变化值，利用所得到的数据采用插值和线性拟合的方法得到弯曲曲率与信号光纤损耗变化值的比例因子K，其关系可表示为：

C_I＝KΔα_I+ε                                公式一

式中：C_I表示标定时不同的弯曲曲率值，Δα_I是表示不同弯曲曲率下光信号的损耗变化值，K是得到的比例因子，ε为得到的误差值；

步骤二、第一信号光纤(6)传输的光信号的损耗变化值的采集：两端固定于待测物体(10)上的含第一信号光纤(6)的弹簧型构件(25)随着待测物体(10)的弯曲而弯曲，第一信号光纤(6)的损耗值也随之变化，通过测试单元(5)获得第一信号光纤(6)的损耗变化值，并将该值传递给处理单元(7)，其中，两端固定于待测物体(10)上的弹簧型构件(25)在初始状态或直线状态时其长度与标定时的长度一致；

步骤三、处理单元(7)利用第一信号光纤(6)损耗变化值及公式一给出待测物体(10)的弯曲曲率。