一种液压光纤传感系统及其内传感基带的制作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种液压光纤传感系统及其内传感基带的制作方法。所述液压光纤传感系统包括分布式偏振串扰测量系统、传感基带以及输入、输出保偏光纤跳线；传感基带包括支撑基带、传感保偏光纤和施压单元；施压单元用于在液体中对传感保偏光纤进行施压，同时还用于将传感保偏光纤固定在支撑基带上；施压单元连同其下方的传感保偏光纤和支撑基带共同构成传感单元。本发明专利技术所提供的液压光纤传感系统，可建立起偏振串扰强度与液体压力或深度的关系，故可实现对液体压强、液体深度、液体分层位置等的测量。通过本发明专利技术可以实现高空间分辨率、宽深度范围的准分布式测量，在大型储液设施监测、水位监测、液深或液压探测等工程领域具有潜在的应用价值。 1

【技术实现步骤摘要】
一种液压光纤传感系统及其内传感基带的制作方法
本专利技术涉及光纤传感
，具体地说是一种液压光纤传感系统及其内传感基带的制作方法。
技术介绍
保偏光纤（又称偏振保持光纤）是一种人为引入高双折射的特种光纤，通常是通过在光纤包层中加入应力区，使得光纤纤芯在横向两个相互正交的方向上具有不同的折射率，其中折射率高的称作慢轴，折射率低的称作快轴，光纤中沿两个正交方向传输的线偏振光波（或偏振模式）的偏振态在传输过程中可保持不变。然而，在外部压力等因素的作用下，在事件点位置处，保偏光纤的两个正交偏振模式之间会发生能量耦合。由于两种模式在光纤中传播速度不同，导致在到达接收端时两者间产生时延差。分布式偏振串扰光纤传感技术正是通过测量保偏光纤中产生的该时延差，并结合已知的光纤双折射，来反推出串扰点的位置以及外部扰动强度大小。该技术主要是通过迈克耳逊白光干涉仪对延迟进行测量，通过引入额外延迟差来排除二阶以上鬼峰干扰，具有高稳定性、高分辨率、抗外界干扰能力强、对光源功率波动不敏感、可进行长距离测量等优点。利用该原理可以实现长距离的分布式应力传感，且空间分辨率可达厘米量级，相比于测量距离较短的光频域反射（OFDR）技术和测量空间分辨率较低的光时域反射（OTDR）技术，在某些特殊的领域具有潜在的应用价值，如油气田、桥梁、大坝等大型工程结构以及飞机、机车、船体、风力发电机叶片等机械结构的长期在线健康状况检测。目前，基于分布式偏振串扰分析的光纤传感技术已有一些报道和少数专利申请，实用化的产品还没有。已报道的包括直接横向压力、温度或应变的实验传感测量结果，但对于液体压力及液压相关传感测量的文献或专利还没有。由于液体压力是连续分布式的，直接将保偏光纤置于液体中（比如油罐、油井、水塔、水箱、深海、大坝等等）是不能进行测量的，因此必须设计有效的传感基带作为传感介质，在传感基带上设置高灵敏度的液压传感单元，才能进行很好的液压传感，甚至进行对不同液体混合时产生的分层以及对液体不同层次出现的湍流或波动进行有效测量。针对以上需求，本专利提出一种基于分布式偏振串扰分析的液压光纤传感系统方案，将在相关领域具有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种液压光纤传感系统，该系统能够实现对液体压强、液体深度、液体分层位置等的高精度测量。本专利技术的目的之二就是提供一种上述液压光纤传感系统中传感基带的制作方法。本专利技术是这样实现的：一种液压光纤传感系统，包括分布式偏振串扰测量系统、输出保偏光纤跳线、传感基带和输入保偏光纤跳线；所述分布式偏振串扰测量系统的输入端通过所述输入保偏光纤跳线与所述传感基带的一端相接，所述分布式偏振串扰测量系统的输出端通过所述输出保偏光纤跳线与所述传感基带的另一端相接；所述传感基带包括支撑基带、传感保偏光纤和施压单元；所述施压单元为一个或多个，所述施压单元用于在液体中对所述传感保偏光纤进行施压，同时所述施压单元还用于将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上；所述传感保偏光纤的两端分别连接所述输出保偏光纤跳线和所述输入保偏光纤跳线。施压单元和其下方的传感保偏光纤及支撑基带共同构成一个传感单元，因此，一个施压单元对应一个传感单元。传感基带可以由一个或多个传感单元构成。所述传感基带的设计方案之一是：所述支撑基带为条形薄片，所述传感保偏光纤沿所述支撑基带的轴向设置在所述支撑基带的一侧面上；一个或多个施压单元置于所述支撑基带的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。所述传感基带的设计方案之二是：所述支撑基带为由条形薄片通过弯折而形成的矩形波状薄片，所述传感保偏光纤以波浪线形式置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上；一个或多个施压单元置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。所述施压单元包括密封框、施压件和弹性薄膜；所述密封框为长方体结构，所述密封框的宽度小于等于所述支撑基带的宽度；在所述密封框的下表面沿其长度方向开有轴向贯通的用于容置所述传感保偏光纤的矩形沟槽；在所述密封框上开有与所述矩形沟槽交叉、用于容置所述施压件的置入孔，所述施压件置于所述置入孔内后与所述置入孔的内侧壁之间存在间隙；所述弹性薄膜设置在所述密封框的上表面，所述弹性薄膜与所述密封框的上表面以及所述施压件的上表面固定连接；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过所述施压件对置于所述矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。所述施压件可以为矩形不锈钢施压条，此时所述置入孔为矩形置入孔；矩形不锈钢施压条的厚度与所述密封框的厚度相同；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。当施压件为矩形不锈钢施压条时，所对应的传感基带的制作方法如下：a、将传感保偏光纤置于支撑基带上；b、将施压件置入密封框的置入孔内，且使施压件的四周不与置入孔的内侧壁相接触；c、将弹性薄膜固定设置在密封框上表面，且弹性薄膜与施压件的上表面固定相接；d、将固定在一起的密封框、施压件和弹性薄膜覆盖在传感保偏光纤上，且使传感保偏光纤无应力地置入密封框下表面所开的矩形沟槽内；此步骤中可以将传感保偏光纤位于矩形不锈钢施压条下面的部分剥去涂覆层，这样在后期测量过程中可以提高灵敏度；e、沿轴向旋转传感保偏光纤，旋转角度为1度；对密封框外侧的弹性薄膜进行施压，弹性薄膜将压力通过施压件传递给传感保偏光纤，再由分布式偏振串扰测量系统测量串扰峰；f、重复步骤e，直至得到最大串扰峰值，停止旋转传感保偏光纤；g、固定传感保偏光纤，将密封框的下表面固定在支撑基带上；h、对密封框的四周进行密封。所述施压件还可以为梯形不锈钢施压片，此时所述置入孔为梯形置入孔；在梯形不锈钢施压片的下方设置有不锈钢圆柱，梯形不锈钢施压片的厚度与不锈钢圆柱的直径之和等于所述密封框的厚度；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过梯形不锈钢施压片及不锈钢圆柱对置于矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。上述梯形不锈钢施压片可以为等腰梯形结构；此时置入孔为等腰梯形结构，且置入孔的上底边和下底边与矩形沟槽垂直相交；不锈钢圆柱的数量为三个，其中一个不锈钢圆柱置于梯形不锈钢施压片上底边的下方，且该不锈钢圆柱与矩形沟槽垂直相交，另外两个不锈钢圆柱置于梯形不锈钢施压片下底边下方的两端，且另外两个不锈钢圆柱与矩形沟槽垂直但不相交；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。当施压件为梯形不锈钢施压片时，所对应的传感基带的制作方法如下：a、将传感保偏光纤置于支撑基带上；b、将不锈钢圆柱固定设置在施压件的下方，且在施压件的下方固定设置三个不锈钢圆柱，其中一个不锈钢圆柱设置在施压件上底边的下方，另外两个不锈钢圆柱设置在施压件下底边下方的两端；将施压件及不锈钢圆柱置于密封框的置入孔内，保证施压件及不锈钢圆柱与置入孔的内侧壁不接触，且施压件上表面与密封框上表面齐平；设置在施压件上底边下方的不锈钢圆柱与密封框下方的矩形沟槽垂直相交；c、将弹性薄膜固定设置在密封框上表面，且弹性薄膜与施压件的上表面固定相接；d、将固定在一起的密封框、施压件、不锈钢圆柱和弹性薄膜覆盖在传感保偏光纤上，且使传感保偏光纤无应力地置入密封框下表面所开的矩形沟槽内；此步骤中可以将传感保偏光纤位于不锈钢圆柱下面的部分剥去涂覆层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压光纤传感系统，其特征是，包括分布式偏振串扰测量系统、输出保偏光纤跳

【技术特征摘要】
1.一种液压光纤传感系统，其特征是，包括分布式偏振串扰测量系统、输出保偏光纤跳线、传感基带和输入保偏光纤跳线；所述分布式偏振串扰测量系统的输入端通过所述输入保偏光纤跳线与所述传感基带的一端相接，所述分布式偏振串扰测量系统的输出端通过所述输出保偏光纤跳线与所述传感基带的另一端相接；所述传感基带包括支撑基带、传感保偏光纤和施压单元；所述施压单元为一个或多个，所述施压单元用于在液体中对所述传感保偏光纤进行施压，同时所述施压单元还用于将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上；所述传感保偏光纤的两端分别连接所述输出保偏光纤跳线和所述输入保偏光纤跳线。2.根据权利要求1所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述支撑基带为条形薄片，所述传感保偏光纤沿所述支撑基带的轴向设置在所述支撑基带的一侧面上；一个或多个施压单元置于所述支撑基带的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。3.根据权利要求1所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述支撑基带为由条形薄片通过弯折而形成的矩形波状薄片，所述传感保偏光纤以波浪线形式置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上；一个或多个施压单元置于矩形波状薄片的相互平行且对齐的侧面上，同时压住所述传感保偏光纤，并将所述传感保偏光纤固定在所述支撑基带上。4.根据权利要求1所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压单元包括密封框、施压件和弹性薄膜；所述密封框为长方体结构，所述密封框的宽度小于等于所述支撑基带的宽度；在所述密封框的下表面沿其长度方向开有轴向贯通的用于容置所述传感保偏光纤的矩形沟槽；在所述密封框上开有与所述矩形沟槽交叉、用于容置所述施压件的置入孔，所述施压件置于所述置入孔内后与所述置入孔的内侧壁之间存在间隙；所述弹性薄膜设置在所述密封框的上表面，所述弹性薄膜与所述密封框的上表面以及所述施压件的上表面固定连接；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过所述施压件对置于所述矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。5.根据权利要求4所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压件为矩形不锈钢施压条，所述置入孔为矩形置入孔；所述施压件的厚度与所述密封框的厚度相同；所述弹性薄膜与所述密封框的上表面形状相同。6.根据权利要求4所述的液压光纤传感系统，其特征是，所述施压件为梯形不锈钢施压片，所述置入孔为梯形置入孔；在所述施压件的下方设置有不锈钢圆柱，所述施压件的厚度与所述不锈钢圆柱的直径之和等于所述密封框的厚度；所述弹性薄膜在液体压力的作用可通过所述施压件及所述不锈钢圆柱对置于所述矩形沟槽内的所述传感保偏光纤进行施压。7.根据权利要求6所述的液压光纤传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亭，张泽恒，丁东亮，姚晓天，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13