一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器

1.本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器。


背景技术：

2.光纤传感技术是自被发现并应用于监测领域以来近十余年内迅速发展起来的新型监测技术。作为以光为载体、光纤为传递介质的一种信息传输手段，光纤在实际传输光信号时容易受到外界环境因素的影响，例如压力、温度、应变等条件变化可以造成传输光波的特征参数包括频率、相位等的变化，借此人们发现通过测量这些参数的变化便可以反过来获取外界变化的各种物理量。
3.目前，监测领域中使用的光纤传感器大多都是用于监测待测物体的应变和温度等状态变化，通过将传感器布设或埋入结构体表面和内部，对受到外界环境因素影响下的局部或整体结构内部应变变化情况进行实时监测，输出数据并进行换算反演，推导出当前受测物体的荷载状况和位移变形。整个过程相对复杂，数据计算量大，结果需通过积分换算得出可能存在误差，因此分布式光纤传感在一些场合的应用受到很大的限制。
4.同时，虽然现存的各类压力传感器在民用工程中有着广泛的应用，但是传统的电阻式、振弦式压力传感器等只能进行点式测量，易受工作环境的腐蚀作用影响，耐久性差，维护成本高，若传感器内部存在电子元件，还会受到电磁干扰，这一点在地铁等隧道工程中表现得尤为明显。而分布式光纤主要由二氧化硅构成，保证高精度测量的同时其自身的稳定性好，耐腐蚀，抗电磁干扰能力强，相较于测线布点受限，只能达到准分布式测量效果的光纤光栅压力传感器，最长监测距离可达数十公里。如果分布式光纤通过一定程度的工艺加工处理，使其既能直接测量压力分布及变化，又能对整体结构进行实时动态的分布式监测，将是在工程监测领域的一大突破，为此，本实用新型提出一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其结构简单，方便推广。
6.一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，包括传感器主体和传感光纤，所述传感器主体包括增敏结构和外层封装，所述外层封装紧密包裹内部增敏结构；
7.所述传感光纤内嵌于所述传感器主体的内部、且为拉直绷紧状态，所述传感光纤的两端均贯穿所述增敏结构和所述外层封装；所述传感光纤的两侧还安装有接口，所述接口固定于所述传感器主体的两端。
8.进一步的，所述传感光纤粘接在所述传感器主体的内部，所述传感光纤和所述传感器主体的表面紧密连接。
9.进一步的，所述外层封装由柔性材料制成。
10.进一步的，所述增敏结构由弹性材料制成。
11.进一步的，所述增敏结构由有机弹性材料制成，具体为硅胶、橡胶或硅橡胶。
12.进一步的，所述传感光纤为全紧包结构的应变光纤，直径为125～140微米。
13.进一步的，所述分布式光纤压力传感器可粘贴或嵌于待测物体表面，前后留出空隙以便所述增敏结构变形使用。
14.本实用新型的有益效果为：
15.本实用新型基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，通过外层封装紧密包裹内部增敏结构和传感光纤，以保护传感器内部部件的完整性，减少受损影响；增敏结构由弹性材料构成，通过弹性材料受压发生纵向变形带动内部光纤发生应变的方式，经过传感器标定后可实现利用光纤应变变化直接反应外部压力变化的监测方法，解决了分布式光纤传感器无法直接测量压力的问题，提高了分布式光纤传感在压力检测领域的实用性；
16.同时，本实用新型可通过改变弹性增敏材料的种类，实现不同精度、不同量程的压力测量，小到机械零件大到桥梁隧道，根据实际监测需求设计制作相应的传感器，以满足不同环境、不同用途下的压力监测，而且利用伸缩性好、稳定性好、耐腐蚀能力强的柔性材料作为保护层，封装包覆内部结构使其可靠性及耐久性均得到显著提高，分布式光纤压力传感器可通过粘结、镶嵌等方式安装于待测结构表面，可实现单节或多节连续安装，突破了分布式光纤在监测长度上的限制。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应该被看作是对范围的限定，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相关的附图。
18.图1为本实用新型一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器的立体图；
19.图2为本实用新型一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器的剖面图；
20.图3为本实用新型一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器的工作原理示意图；
21.1-传感器主体、101-增敏结构、102-外层封装、2-接口、3-传感光纤。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.如附图1-2所示，一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，包括传感器主体1、和传感光纤3，传感器主体1包括增敏结构101和外层封装102，外层封装102紧密包裹内部增敏结构101，以保护传感器内部部件的完整性，减少受损影响；其中，外层封装102采用伸缩性好、稳定性高的柔性材料制成，增敏结构101由有机弹性材料制成，如硅胶、橡胶或硅橡胶等，
25.传感光纤3内嵌于传感器主体1的内部、且需要预先拉直绷紧，传感光纤3的两端均贯穿增敏结构101和外层封装102；传感光纤3的两侧还安装有接口2，接口2固定于传感器主体1的两端；传感光纤3为全紧包结构的应变光纤，直径为125～140微米；
26.传感光纤3粘接或内嵌于传感器主体1的内部，传感光纤3和传感器主体1的表面紧密连接。
27.使用时如附图3所示，本装置分布式光纤压力传感器可粘贴或嵌于待测物体表面，左右留出空隙以便增敏结构101变形使用；其中，上下为待测物体，左右为增敏结构101形变方向。
28.本实用新型的分布式光纤压力传感器的传感特征为：
29.1、分布式传感特征：传感器解调采用分布式光纤传感技术，即光纤上各点均为传感点。
30.2、分布式压力测试特征：压力传感器经过室内标定，分布式解调仪测试出的应变可直接转化成压力值。
31.本实用新型基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器扩大了分布式光纤的应用领域，将分布式光纤应用于压力的测量，开辟了分布式光纤利用新途径；增加了分布式光纤压力监测的用途和范围，在需要不同精度、量程的场合均可进行压力监测；可对压力进行范围内分布式测量，采用分布式传感技术，传感器上各点均为传感点。高密度布设测量，分布式光纤测试距离最长可达数十公里，分布式光纤压力传感器之间可进行串联，可一次性对范围内压力进行测量，实现分布式压力监测目的。
32.本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
33.以上所述仅为本实用新型专利的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型专利，凡在本实用新型专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于，包括传感器主体(1)和传感光纤(3)，所述传感器主体(1)包括增敏结构(101)和外层封装(102)，所述外层封装(102)紧密包裹内部增敏结构(101)；所述传感光纤(3)内嵌于所述传感器主体(1)的内部、且为拉直绷紧状态，所述传感光纤(3)的两端均贯穿所述增敏结构(101)和所述外层封装(102)；所述传感光纤(3)的两侧还安装有接口(2)，所述接口(2)固定于所述传感器主体(1)的两端。2.根据权利要求1所述的一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于：所述传感光纤(3)粘接在所述传感器主体(1)的内部，所述传感光纤(3)和所述传感器主体(1)的表面紧密连接。3.根据权利要求2所述的一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于：所述外层封装(102)由柔性材料制成。4.根据权利要求2所述的一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于：所述增敏结构(101)由弹性材料制成。5.根据权利要求4所述的一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于：所述增敏结构(101)由有机弹性材料制成，具体为硅胶、橡胶或硅橡胶。6.根据权利要求1所述的一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于：所述传感光纤(3)为全紧包结构的应变光纤，直径为125～140微米。7.根据权利要求1所述的一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，其特征在于：所述分布式光纤压力传感器可粘贴或嵌于待测物体表面，前后留出空隙以便所述增敏结构(101)变形使用。

技术总结
本实用新型涉及一种基于弹性增敏材料的分布式光纤压力传感器，包括传感器主体和传感光纤，传感器主体包括增敏结构和外层封装，外层封装紧密包裹内部增敏结构；传感光纤内嵌于传感器主体的内部，传感光纤的两端均贯穿增敏结构和外层封装；传感光纤的两侧还安装有接口。本实用新型通过外层封装紧密包裹内部增敏结构和传感光纤，以保护传感器内部部件的完整性，减少受损影响；增敏结构由弹性材料构成，通过弹性材料受压发生纵向变形带动内部光纤发生应变的方式，经过传感器标定后可实现利用光纤应变变化直接反应外部压力变化的监测方法，解决了分布式光纤传感器无法直接测量压力的问题，提高了分布式光纤传感在压力检测领域的实用性。实用性。实用性。


技术研发人员：刘渠成 郭川睿 任伟新 曹文佳 饶家欢
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/9/26