一种分布式光纤传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及光纤传感器领域，尤其涉及一种分布式光纤传感器。该分布式光纤传感器包括光纤芯；光纤芯绕成螺旋管结构。螺旋管结构的半径略大于、等于或略小于光纤芯的临界弯曲半径。螺旋管结构的螺距与光时域反射仪的测量压力范围及精度匹配。当螺线管结构受外力后发生变形直接造成光纤弯曲损耗，用光时域反射仪打入一连串的脉冲进入光纤芯来检验背向散射电平，反射回来的光讯号强度会被量测到，并且测量的光讯号是时间的函数，因此可以将该函数转算成光纤的长度，对比分析受力前后的信号就可以准确测量出本实施例的分布式光纤传感器任意位置所受到外力的大小。而且有效提高距离的分辨率，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光纤传感器领域，尤其涉及一种分布式光纤传感器。
技术介绍
光纤传感器具有无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点，其中分布式光纤传感器不仅具有一般光纤传感器的优点，而且可以在沿光纤的路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息，能做到对大型基础工程设施的每一个部位都像人的神经系统一样进行远程监控，因此具有广范的应用前景，在民用和国防诸如城市煤气管道、城市输电/通信缆线、海底输油气管道、海底电缆、水库水坝、桥梁、隧道、高速公路、大型设施等建筑物的应力检测方面有独特的优势。现有分布式光纤传感器采用光纤微弯结构，微弯通过相应的成对模具形成，光纤敷设在微弯模具之间，模具上压力变化，微弯模具的间距变化，引起通过光纤的光强损耗变化，通过测量光强度、或光损耗实现压力测量。现有技术中，由于光纤在模具内几乎是直线敷设，判断受力点是利用光纤中的光速判断的，判断受力点的分辨率低。而且，微弯的形成需要模具，加工制造困难。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种分布式光纤传感器，以解决上述技术问题。为了达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种分布式光纤传感器，包括光纤芯；光纤芯绕成螺旋管结构。优选地，螺旋管结构的半径略大于、等于或略小于光纤芯的临界弯曲半径。优选地，螺旋管结构的螺距与光时域反射仪的测量压力范围及精度匹配。优选地，光纤芯外包裹有弹性塑料包层。优选地，螺旋管结构外套有硅胶保护套。与现有技术相比，本技术的优点在于：在弯曲光纤中传输光信号时，总会发生沿光纤弯曲半径方向的能量辐射，原有光波导中的传导模将变为辐射模，从而引起弯曲损耗，这种损耗可以分为微弯曲损耗和宏观弯曲损耗。本实用新型的分布式光纤传感器是利用微弯曲损耗现象中光纤弯曲损耗随弯曲半径的增加呈下降趋势的物理现象，将光纤制作成螺线管结构。当螺线管结构受外力后发生变形直接造成光纤弯曲损耗，用光时域反射仪(OTDR)打入一连串的脉冲进入光纤芯来检验背向散射电平，反射回来的光讯号强度会被量测到，并且测量的光讯号是时间的函数，因此可以将该函数换算成光纤的长度，对比分析受力前后的信号就可以准确测量出本实施例的分布式光纤传感器任意位置所受到外力的大小。另外，光时域反射仪(OTDR)将光脉冲送入光纤芯，由于光纤芯的特性、弯曲、接头等造成光的反射、散射，形成后向散射光，OTDR利用瑞利散射的后向散射光光功率和时间，获取光纤沿途的损耗情况。OTDR测量发出光脉冲与接牧后向散射光的功率和时间差，利用折射率n值将这一时域信息转换成距离：S=ct2n]]>其中：S为距离，c为光速，t为返回时间，n为光纤芯折射率。10nS大约相当于1m，采用提高时间分辨率的方法，成本昂贵，采用螺线管方式，可以有效提高距离的分辨率，成本低廉。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的分布式光纤传感器的受力示意图；图2为本技术实施例提供的分布式光纤传感器使用光时域反射仪的受力图示示意图；图3为本技术实施例提供的分布式光纤传感器的截面图；图4为本技术实施例提供的分布式光纤传感器的完整结构图。具体实施方式以下将结合附图对本技术各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本技术所保护的范围。实施例1如图1所示为本实施例提供的一种分布式光纤传感器，包括光纤芯101；光纤芯101绕成螺旋管结构。在弯曲光纤中传输光信号时，总会发生沿光纤弯曲半径方向的能量辐射，原有光波导中的传导模将变为辐射模，从而引起弯曲损耗，这种损耗可以分为微弯曲损耗和宏观弯曲损耗。本技术的分布式光纤传感器是利用微弯曲损耗现象中光纤弯曲损耗随弯曲半径的增加呈下降趋势的物理现象，将光纤制作成螺线管结构。当螺线管结构受外力后发生变形直接造成光纤弯曲损耗，用光时域反射仪OTDR打入一连串的脉冲进入光纤芯来检验背向散射电于，反射回来的光讯号强度会被量测到，并且测量的光讯号是时间的函数，因此可以将该函数换算成光纤的长度，对比分析受力前后的信号就可以准确测量出本实施例的分布式光纤传感器任意位置所受到外力的大小。在此需要对光时域反射仪OTDR进行简单的描述。光时域反射仪OTDR是依靠检测光的菲涅耳反射和瑞利散射的变化进行工作的。在不同的突发事件点(如熔接点机械接续断裂或光纤终结处)的反射特征存在着明显差异。这非常有利于对事件点的精确捕捉和判定。但传统光时域反射仪OTDR的采样精度大约1m左右，即后向散射光功率点光功率采样点的距离大于1m，而G.652光纤的弯曲损耗半径必须小于15mm，即产生损耗的该段光纤长度一般小于10cm。因此在每次光时域反射仪OTDR采样过程中都可能出现相邻采样点落在该弯曲事件内的情况，从而影响测量的结果。光时域反射仪OTDR将光脉冲送入光纤芯，由于光纤芯的特性、弯曲、接头等造成光的反射、散射，形成后向散射光，光时域反射仪OTDR利用瑞利散射的后向散射光光功率和时间，获取光纤沿途的损耗情况。光时域反射仪OTDR测量发出光脉冲与接收后向散射光的功率和时间差，利用折射率n值将这一时域信息转换成距离：S=ct2n]]>其中：S为距离，c为光速，t为返回时间，n为光纤芯折射率。10nS大约相当于1m，采用提高时间分辨率的方法，成本昂贵，采用螺线管方式，可以有效提高距离的分辨率，成本低廉。另外，弯曲损耗是光纤的另一特性，当曲率半径较大时，曲率半径变化引起的弯曲损耗变化较小，而当曲率半径较小时，曲率半径变化引起的弯曲损耗变化很大，研究表明，在曲率半径小于光纤的临界半径时，弯曲损耗随曲率半径的变化成指数规律变化。优选地，螺旋管结构的半径略大于、等于或略小于光纤芯101的临界弯曲半径。即螺旋管结构在无外力作用时，螺旋管结构的转弯半径均匀，各处光损耗一致，故在光时域反射仪OTDR上反映为一条斜率一致的直线；当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤传感器，其特征在于，包括光纤芯；所述光纤芯绕成螺旋管结构。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤传感器，其特征在于，包括光纤芯；所述光纤芯绕成螺
旋管结构。
2.如权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述螺旋管结构
的半径略大于、等于或略小于所述光纤芯的临界弯曲半径。
3.如权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：季红，季圣杰，王宗和，
申请(专利权)人：河北华计检测技术有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13