CN107367240B - 一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件。所述传感器件包括方形基底、两个螺柱焊脚、四个对角传导臂和两根光纤Bragg光栅。其中方形基底、两个螺柱焊脚和四个对角传导臂为一体化连接，而光纤Bragg光栅为普通的光纤Bragg光栅，两根光纤Bragg光栅性能应一致，光纤Bragg光栅通过粘接分别固定在与其相对应的两个对角传导臂的凹槽上，且固定时需要施加适当预拉，以保证传感器件具有双向应变传感能力。本发明提出一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，利用反向差动放大和对角线集中增敏原理，可以实现传感器件的增敏同时具有温度补偿功能。

Description

一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件。
背景技术
电阻应变片测量方法是测量应变的一种传统手段。然而，电阻应变片因易受环境(如电磁场、温度、湿度、化学腐蚀等)影响、精度低和寿命短等原因，其应用受到一定程度的限制。光纤Bragg光栅应变传感器具有响应速度快、重量轻、结构紧凑、使用灵活、成本低、不受电磁干扰、抗腐蚀以及易于准分布式测量等优点，因此使用光纤Bragg光栅测量应变可以克服电阻应变片的固有缺点。
光纤布拉格(Bragg)光栅是利用光纤纤芯材料的光敏性在紫外线下形成的折射率呈周期性变化的一段光纤，随着光纤光栅制造技术的成熟以及光纤应用研究的深入，光纤Bragg光栅在应变传感领域得到了广泛的应用，使得光纤Bragg 光栅应变传感器成为目前应用最具有潜力的应变测量传感器之一。
本发明利用光纤Bragg光栅传感器对物体表面应变进行检测，该器件结构具有双重增敏效果，同时具有温度补偿功能，且灵敏度可调节。
发明内容
本发明提出一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，利用反向差动放大和对角线集中增敏原理，可以实现传感器件的增敏同时具有温度补偿功能。
本发明提供一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，所述传感器件包括方形基底、两个螺柱焊脚、四个对角传导臂和两根光纤Bragg光栅。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
所述的方形基底、两个螺柱焊脚和四个对角传导臂为一体化连接，其材料宜选用与被测物体相一致的材料，避免不同材料在外界温度变化时由于热膨胀系数差异所引起的热应力，以保证传感器的检测精度。
所述的方形基底的大小可根据实际被测物体的大小进行制作。
所述的螺柱焊脚是基于螺柱焊的技术要求制作，两个螺柱焊脚的位置与两个对角传导臂上的光纤Bragg光栅在一条直线上，可用螺柱焊机将其焊接在被测物体表面。
所述的光纤Bragg光栅为普通的光纤Bragg光栅，两根光纤Bragg光栅性能应一致，光纤Bragg光栅通过粘接一根固定在其中两个相对应的对角传导臂的凹槽上，一根固定在另外两个与之相对应的对角传导臂的凹槽上，且固定时需要施加适当预拉，以保证传感器件具有双向应变传感能力。
所述的一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，具有双重增敏效果。当所测的物体表面发生应变时，螺柱焊脚会将该应变传递到传感器件中，会使其中一根光栅受到拉应力，一根受到压应力，使返回的两个Bragg中心波长向左右两个不同方向漂移，产生反向差动输出效果，实现应变增敏，同时也具有温度补偿功能，此为第一重增敏。第二重增敏是利用对角线集中增敏原理，其放大倍数为方形结构对角线长度和与之相对应的两个对角传导臂凹槽之间的距离之比。传感器件的灵敏度为双重增敏效果之积，其中传感器件的灵敏度可通过改变方形结构相对应的两个对角传导臂凹槽之间的距离来调节，距离越短灵敏度越高。
附图说明
图1为所述的一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件示意图
图2为该传感器件对角线集中增敏原理示意图
具体实施方式
本发明所述的一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，包括方形基底1、螺柱焊脚2、对角传导臂3、对角传导臂4、对角传导臂5、对角传导臂6、光纤Bragg光栅7和光纤Bragg光栅8。
所述的方形基底1、螺柱焊脚2、对角传导臂3、对角传导臂4、对角传导臂5和对角传导臂6为一体化的金属结构。
所述的方形基底1、螺柱焊脚2、对角传导臂3、对角传导臂4、对角传导臂5和对角传导臂6的材料宜选用与被测物体相一致的材料，避免不同材料在外界温度变化时由于热膨胀系数差异所引起的热应力，以保证传感器的检测精度。
所述的光纤Bragg光栅为普通的光纤Bragg光栅，光纤Bragg光栅7通过粘接固定在对角传导臂3和对角传导臂4的凹槽上，其栅区部分如图1 所示，位于两凹槽之间的中间部位，而光纤Bragg光栅8通过粘接固定在对角传导臂5和对角传导臂6上的凹槽上，其栅区部分如图1所示，位于两凹槽之间的中间部位，且两根光栅在固定时都需要施加适当预拉，以保证传感器件具有双向应变传感能力。
所述的螺柱焊脚2是基于螺柱焊的技术要求制作，两螺柱焊脚2的位置与对角传导臂3和对角传导臂4上的光纤Bragg光栅(7)在一条直线上，可用螺柱焊机将其焊接在被测物体表面。
所述的一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，具有双重增敏效果。其中传感器件对角线集中增敏原理如图2所示，当被测物体产生微变量为L的形变时，ab两点产生应变ε1＝L/L1，微变量L由于传感器件结构的刚性作用，直接集中加到cd上长度为L2的光纤Bragg光栅上，则长度为L2的光纤 Bragg光栅所承受的应变大小为ε2＝L/L2，比较ε1和ε2的大小，可知传感器件结构的对角线集中增敏系数为ε2/ε1＝L1/L2，通过调节L2可以改变增敏系数。即对角传导臂3和对角传导臂4凹槽之间距离越短对角线集中增敏系数越大，对角传导臂5和对角传导臂6凹槽之间距离越短对角线集中增敏系数越大。另一重增敏为反向差动放大，当所测的物体表面发生应变时，螺柱焊脚2会将该应变传递到传感器件中，会使其中一根光栅受到拉应力，一根受到压应力，使返回的两个Bragg中心波长向左右两个不同方向漂移，产生反向差动输出的效果，通过检测两中心波长的差值达到测量应变和增敏的效果，同时消去了温度的影响，具有了温度补偿功能。该传感器件的灵敏度为双重增敏效果之积，同时可以通过对L2的调节来调节灵敏度。
该传感器件是通过两端的螺柱焊脚2安装在被测物体表面的，物体表面的应变可以通过上述传感器件传递到两根光纤Bragg光栅上，而光纤Bragg光栅与解调仪相连接，通过对携有被测物体应变信息的反射波长信号进行分析，可以检测出被测物体表面所发生应变的大小。

Claims (2)

1.一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，其特征在于，所述传感器件包括方形基底、两个螺柱焊脚、四个对角传导臂和两根光纤Bragg光栅，其中方形基底、两个螺柱焊脚和四个对角传导臂为一体化连接，而光纤Bragg光栅为普通的光纤Bragg光栅，两根光纤Bragg光栅性能应一致，光纤Bragg光栅通过粘接分别固定在与其相对应的两对个对角传导臂的凹槽上，且固定时需要施加适当预拉，以保证传感器件具有双向应变传感能力，所述的传感器件利用反向差动放大和对角线集中增敏原理，可以实现传感器件的增敏同时具有温度补偿功能，所述的螺柱焊脚是基于螺柱焊的技术要求制作，两个螺柱焊脚的位置与两个对角传导臂上的光纤Bragg光栅在一条直线上，可用螺柱焊机将其焊接在被测物体表面。
2.根据权利要求1所述的一种方形结构光纤光栅反向差动应变检测传感器件，其特征在于，所述的传感器件的灵敏度可通过改变方形结构相对应的两个对角传导臂凹槽之间的距离来调节，距离越短灵敏度越高。
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