CN203100682U - 灵敏度可调的光纤光栅位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，包括弹簧、光纤光栅、活动支杆、固定支杆、拉伸杆和底盒；固定支杆和活动支杆均采用受力时不发生形变的刚性材料制成，固定支杆第一端、第二端分别通过第一固定点、第二固定点固定在底盒上；活动支杆中部与固定支杆中部通过活动链接件铰连；光纤光栅一端与活动支杆第一端通过第一连接点连接，光纤光栅另一端与弹簧一端相连，弹簧另一端通过第一固定点固定在底盒上；活动支杆上位于第二端与活动链接件之间的部分设有若干个固定孔，拉伸杆通过固定孔与活动支杆连接。本实用新型结构简单，使用方便，可以根据不同环境的需要，使传感器工作在不同的位移灵敏度系数和量程。

Description

灵敏度可调的光纤光栅位移传感器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤光栅传感器，具体地说是涉及一种灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，属于传感设备技术领域。

背景技术

光纤光栅具有很多其它传感器无法比拟的优点：全光测量，在监测现场无电气设备，不受电磁及辐射干扰；耐腐蚀性能好，长期稳定；以反射光的中心波长表征被测量，不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响，测量准确；使用寿命长等。

目前常用的光纤光栅位移传感器有些是以悬臂梁为弹性元件，把光栅粘贴在悬臂梁上，位移量通过连接件使悬臂梁产生弯曲，从而使光纤光栅产生应变（拉伸或者压缩），导致波长产生相应的变化量，从而得到位移和波长变化的对应关系，这样便可以通过测量光纤光栅波长的变化量来得到位移量。位移传感器的量程约等于光纤光栅能承受的最大应变量与传感器的灵敏度的商。一般情况下，光纤光栅的所能承受的最大应变约为4500με，因而光纤光栅位移传感器的量程与灵敏度是一对相互制约量，位移传感器的灵敏度系数越大，其测量量程越小。

目前常用的光纤光栅位移传感器的缺点在于：传感器的位移灵敏度及量程在制作时就已经固定，致使该类型的传感器不能适用于多种应用的不同需求，比如有些情况下需要大量程，小灵敏度的位移传感器；有些情况下需求小量程，大灵敏度的位移传感器。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提出一种灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，其结构简单，使用方便，可以根据不同环境的需要，使传感器工作在不同的位移灵敏度系数和量程。

按照本实用新型提供的技术方案：灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，其特征在于：包括弹簧、光纤光栅、活动支杆、固定支杆、拉伸杆和底盒；所述固定支杆和活动支杆均采用受力时不发生形变的刚性材料制成，固定支杆第一端、第二端分别通过第一固定点、第二固定点固定在底盒上；所述活动支杆中部与固定支杆中部通过活动链接件铰连，活动支杆可以以活动链接件为轴，自由转动；所述光纤光栅一端与活动支杆第一端通过第一连接点连接，光纤光栅另一端与弹簧一端相连，弹簧另一端通过第一固定点固定在底盒上；所述活动支杆上位于第二端与活动链接件之间的部分设有若干个固定孔，所述拉伸杆通过固定孔与活动支杆连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述拉伸杆与活动支杆上的固定孔之间采用螺纹连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述传感器内部填充硅油。

本实用新型与现有技术相比，优点在于：（1）本实用新型可以根据应用情况的不同，方便改变因位移传感器的量程及灵敏度系数，使测量效果达到最佳；（2）本实用新型结构简单，灵敏度系数易于控制。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图所示：实施例中的灵敏度可调的光纤光栅位移传感器主要由底盒1、第一固定点2、弹簧3、光纤光栅4、连接点5、活动链接件6、拉伸杆8、活动支杆9、固定支杆10和第二固定点11组成。

如图1所示，所述固定支杆10和活动支杆9均采用受力时不发生形变的刚性材料制成，固定支杆10第一端、第二端分别通过第一固定点2、第二固定点11固定在底盒1上；所述活动支杆9中部与固定支杆10中部通过活动链接件6铰连，活动支杆9可以以活动链接件6为轴，自由转动；所述光纤光栅4一端与活动支杆9第一端通过第一连接点5连接，光纤光栅4另一端与弹簧3一端相连，弹簧3另一端通过第一固定点2固定在底盒1上；所述活动支杆9上位于第二端与活动链接件6之间的部分设有若干个固定孔7，所述拉伸杆8通过固定孔7与活动支杆9连接。

本实用新型中，所述拉伸杆8与活动支杆9上的固定孔7之间可采用螺纹连接。所述传感器内部填充硅油，以保证传感器内部结构不被锈蚀。

具体应用时，底盒1安装在固定位置，拉伸杆8固定在移动物体上；移动物体运动时通过拉伸杆8带动活动支杆9的第二端发生运动，活动支杆9以活动链接件6为轴，发生转动。活动支杆9第一端拉伸弹簧3，使光纤光栅4发生应变，导致光纤光栅4的波长发生相应的变化。通过测量光纤光栅4的波长变化量既可测出外界发生的位移；当需要调节位移传感器的灵敏度系数时，只需将拉伸杆8连接在活动支杆9的不同位置上的固定孔7即可。

下面对本实用新型的工作原理进行分析：

如图1所示，设第一连接点5到活动链接件6之间的长度为L₂，活动支杆9上某一固定孔7到活动链接件6之间的长度为L₁，移动物体运动时带动拉伸杆8的位移为ΔX₁，弹簧3受力发生的形变长度ΔX₂，弹簧3的弹性系数为K，光纤光栅4的弹性模量为E。

由于活动支杆9与固定支杆10均采用刚性材料制作，可认为在受力时，不发生形变；光纤光栅4受拉伸时，其长度变化较小，可忽略不计。

当外部拉伸杆8发生位移为ΔX₁时，通过活动支杆9的绕轴转动传递给弹簧3，可知弹簧3受力发生的形变长度ΔX₂为：

$\mathrm{\ΔX}2=\frac{L_2}{L_1}\·\mathrm{\ΔX}1---\left(1\right)$

因此，弹簧3的拉力F为：

$F=K\·\mathrm{\Δ}{X}_2=\frac{L_2}{L_1}\·\mathrm{\ΔX}1\·K---\left(2\right)$

光纤光栅4所受的应变ε为：

$\mathrm{\ϵ}=F/E=\frac{L_2\·K}{L_1\·E}\·\mathrm{\ΔX}1---\left(3\right)$

因此，通过式（3）可知，表达式

是该本实用新型传感器的位移灵敏度系数，由于L₂、K及E均为常量，这样仅通过改变拉伸杆8与活动支杆9之间的固定位置（即改变L₁的值），就可以改变传感器位移量ΔX₁与光纤光栅4处的应变ε的对应关系，既改变传感器的灵敏度系数。

Claims (3)

1.灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，其特征在于：包括弹簧（3）、光纤光栅（4）、活动支杆（9）、固定支杆（10）、拉伸杆（8）和底盒（1）；所述固定支杆（10）和活动支杆（9）均采用受力时不发生形变的刚性材料制成，固定支杆（10）第一端、第二端分别通过第一固定点（2）、第二固定点（11）固定在底盒（1）上；所述活动支杆（9）中部与固定支杆（10）中部通过活动链接件（6）铰连，活动支杆（9）可以以活动链接件（6）为轴，自由转动；所述光纤光栅（4）一端与活动支杆（9）第一端通过第一连接点（5）连接，光纤光栅（4）另一端与弹簧（3）一端相连，弹簧（3）另一端通过第一固定点（2）固定在底盒（1）上；所述活动支杆（9）上位于第二端与活动链接件（6）之间的部分设有若干个固定孔（7），所述拉伸杆（8）通过固定孔（7）与活动支杆（9）连接。

2.如权利要求1所述的灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述拉伸杆（8）与活动支杆（9）上的固定孔（7）之间采用螺纹连接。

3.如权利要求1所述的灵敏度可调的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述传感器内部填充硅油。