CN106839993A - 一种基于光纤光栅的线位移传感器 - Google Patents

一种基于光纤光栅的线位移传感器 Download PDF

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杨楠
包艳
郑普超
张兵
张超
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Abstract

本发明涉及的是一种基于光纤光栅的线位移传感器，光纤光栅(5)通过光学胶(6)分别在双等强悬臂梁(2)的第一等强悬臂梁(11)和第二等强悬臂梁(12)上下表面中线部分的凹槽(13)内粘接，将尾纤(10)通过尾纤引出孔(9)引出，双等强悬臂梁(2)通过悬臂梁固定端(7)安装在壳体(1)内，并用光学胶(6)通过点胶孔(8)粘接，将楔形运动铁芯(3)沿导槽(10)插入壳体(1)内，然后将后盖(4)粘贴在壳体(1)上。本发明具有灵敏度高、电绝缘性好、尺寸小、抗电磁干扰、易与波分复用和时分复用系统相结合建立分布式测量系统等独特优点。同时可以根据具体使用环境，制成微小线位移传感器，应用在小型飞行器等载体上。

Description

一种基于光纤光栅的线位移传感器
技术领域
本发明属于光学传感器技术，具体涉及一种基于光纤光栅的线位移传感器。
背景技术
机电系统和液压系统在航空上能够久用不衰是由于其具有许多独特的优点。但是，它们也存在一些固有的缺陷，最主要的是不能防御雷电、电磁干扰和电磁冲击等。随着现代飞机性能不断提高、飞机的大型化和采用余度技术及电子设备日趋复杂化，必然导致电缆用量增加、线路布局复杂，增加了各线路间的干扰、地环流的相互影响等，使系统不能正常工作。目前的防护措施是采用电磁屏蔽套，然而不可能完全防御电磁干扰，却导致飞机重量的增加。未来飞机希望用复合材料代替铝合金，特别是飞机铝合金蒙皮的替代很大程度上减弱甚至消除了电磁屏蔽作用。另外，飞机外部的核爆炸产生的电磁辐射以及机载的大功率激光、定向能武器等装备，从低频到高频在电、磁领域产生相当高强度的电磁干扰，对电传操纵系统危害极大。
光传操纵系统相对于传统的电传操控系统有显著的优点，如可有效地防御雷电、电磁干扰和电磁冲击，对核爆引起的电磁脉冲不敏感，不存在金属导线固有的地回流。同时具有体积小、重量轻、传输容量大等优点，从而能够大大改善飞机的操纵品质，提高飞控系统的可靠性和生存能力。国外从二十世纪七十年代就开始了光传操纵系统的研究，作为光传操纵系统关键测量元件的光位移传感器也同时进入了研发阶段。光位移传感器可基于多种光学原理实现，其中使用光纤光栅作为传感器核心敏感元件，使传感器具有灵敏度高、电绝缘性好、尺寸小、重量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀、易与波分复用和时分复用系统相结合建立分布式测量系统等独特优点，成为国内外研发人员重点关注的一种光位移传感器。
本发明的目的是：本发明设计了一种基于光纤光栅的线位移传感器，这种传感器相对于传统电磁线位移传感器具有抗电磁干扰、易复用、可组成分布传感网络的优点，是电磁传感器优良的补充和替代品。同时可以根据具体使用环境，设计成微小线位移传感器，应用在小型飞行器等载体上。
本发明的技术方案为：一种基于光纤光栅的线位移传感器是由壳体1、双等强悬臂梁2、楔形运动铁芯3、后盖4、光纤光栅5、光学胶6组成；光纤光栅5通过光学胶6分别在双等强悬臂梁2的第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12上下表面中线部分的凹槽13内粘接，将尾纤10通过尾纤引出孔9引出，双等强悬臂梁2通过悬臂梁固定端7安装在壳体1内，并用光学胶6通过点胶孔8粘接。将楔形运动铁芯3沿导槽10插入壳体1内，然后将后盖4粘贴在壳体1上。
本发明的测量线位移原理是利用光纤光栅5对轴向应变敏感的特性，当楔形运动铁芯3前后运动时，将对第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12施加挠度，使其产生应变且上下表面凹槽13位置产生的应变大小相等，上表面产生负应变，下表面产生正应变。第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12上的应变将传递到光纤光栅5上，引起光纤光栅5的中心波长发生变化。同时光纤光栅5也对温度敏感，通过对同一个等强悬臂梁上下表面对称排布的光纤光栅5中心波长值的变化量进行解调，即可消除温度引起的中心波长漂移，得到第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12的轴向应变，从而得到楔形运动铁芯3的位移量。
本发明的优点是：本发明具有灵敏度高、电绝缘性好、尺寸小、抗电磁干扰、易与波分复用和时分复用系统相结合建立分布式测量系统等独特优点。同时可以根据具体使用环境，制成微小线位移传感器，应用在小型飞行器等载体上。
附图说明
图1是基于光纤光栅的线位移传感器正视结构示意图；
图2是基于光纤光栅的线位移传感器俯视结构示意图；
图3是传感器工作示意图；
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
参见图1和图2，本发明是由壳体1、双等强悬臂梁2、楔形运动铁芯3、后盖4、光纤光栅5、光学胶6组成；光纤光栅5通过光学胶6分别在双等强悬臂梁2的第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12上下表面中线部分的凹槽13内粘接，将尾纤10通过尾纤引出孔9引出，双等强悬臂梁2通过悬臂梁固定端7安装在壳体1内，并用光学胶6通过点胶孔8粘接。将楔形运动铁芯3沿导槽10插入壳体1内，然后将后盖4粘贴在壳体1上。
参见图3，将线位移传感器17通过光纤19与光纤耦合器16相连，光纤耦合器16连接解调仪15，然后通过数据传输线18将解调仪15与计算机14连接。
参见图1、图2和图3，解调仪15发出的宽带光通过光纤18和光纤耦合器15入射到线位移传感器17的光纤光栅5上，并接收通过光纤18和光纤耦合器15返回的窄带光。当楔形运动铁芯3前后运动时，将对第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12施加挠度，使其产生应变且上下表面凹槽13位置产生的应变大小相等，上表面产生负应变，下表面产生正应变。第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12的应变将传递到光纤光栅5上，引起光纤光栅5产生应变，使其中心波长发生变化。光纤光栅5同时对温度敏感，温度波动也能造成其中心波长的变化。通过对同一个等强悬臂梁上下表面对称排布的光纤光栅5中心波长值的变化量进行解调，即可消除温度引起的中心波长漂移，得到第一等强悬臂梁11和第二等强悬臂梁12的轴向应变，从而得到楔形运动铁芯3的位移量。

Claims (2)

1.一种基于光纤光栅的线位移传感器，其特征在于：所述传感器是由壳体(1)、双等强悬臂梁(2)、楔形运动铁芯(3)、后盖(4)、光纤光栅(5)、光学胶(6)组成；光纤光栅(5)通过光学胶(6)分别在双等强悬臂梁(2)的第一等强悬臂梁(11)和第二等强悬臂梁(12)上下表面中线部分的凹槽(13)内粘接，将尾纤(10)通过尾纤引出孔(9)引出，双等强悬臂梁(2)通过悬臂梁固定端(7)安装在壳体(1)内，并用光学胶(6)通过点胶孔(8)粘接，将楔形运动铁芯(3)沿导槽(10)插入壳体(1)内，然后将后盖(4)粘贴在壳体(1)上。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的线位移传感器，其特征在于：利用光纤光栅(5)对轴向应变敏感的特性，当楔形运动铁芯(3)前后运动时，将对第一等强悬臂梁(11)和第二等强悬臂梁(12)施加挠度，使其产生应变且上下表面凹槽(13)位置产生的应变大小相等，上表面产生负应变，下表面产生正应变。第一等强悬臂梁(11)和第二等强悬臂梁(12)上的应变将传递到光纤光栅(5)上，引起光纤光栅(5的中心波长发生变化。同时光纤光栅(5)也对温度敏感，通过对同一个等强悬臂梁上下表面对称排布的光纤光栅(5)中心波长值的变化量进行解调，即可消除温度引起的中心波长漂移，得到第一等强悬臂梁(11)和第二等强悬臂梁(12)的轴向应变，从而得到楔形运动铁芯(3)的位移量。
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