CN203298894U - 光纤光栅温度和间隙双参量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤光栅温度和间隙双参量传感器，包括有金属基片和两条光纤布拉格光栅，金属基片的上表面和下表面上分别设置有上条形槽和下条形槽，两条光纤布拉格光栅分别固定于上条形槽和下条形槽内。本实用新型能够同时测量温度和两个物体之间的间隙，并且针对不同的空隙形状，可以设计平直金属弹性基片或弧形弯折金属弹性基片来满足要求。同时本实用新型具有分辨率高、测量精度高、响应速度快、抗电磁干扰和体积小巧等特点，适用于各种温度和间隙测量，尤其是对传感器尺寸有苛刻要求的小间隙环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域，具体是一种光纤光栅温度和间隙双参量传感器。
背景技术
温度是一个表征物体状态的重要物理量，物体之间的间隙是一个表征物体之间相互关系的重要物理量，尤其是当两个物体为一个系统中两个有着紧密联系的部件时。温度传感器和间隙传感器是两种应用十分广泛、需要量非常大的传感器，具有重要的应用前景。
光纤光栅传感器是新近发展起来的一种新型传感器，由于具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、抗腐蚀、成本低、体积小巧等优点，受到了广泛的关注和快速的发展。光纤光栅可分为光纤布拉格光栅和长周期光栅两大类。光纤布拉格光栅，又称为短周期光栅或反射光栅，是一种光纤纤芯折射率沿光纤轴向受到周期性调制的光纤器件，其特点是传输方向相反的模式之间发生耦合，属于反射型带通滤波器。长周期光纤光栅又称为透射光栅，其特点是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，无后向反射，属于透射型带阻滤波器。当一束宽带光传到光纤布拉格光栅上时，它能够选择性的反射宽带光中某一特定波长的窄带光，窄带反射光的中心波长称为光纤布拉格光栅的布拉格波长。布拉格波长由光栅纤芯的有效折射率和条纹周期这两个光栅常数决定，而且光栅常数对外界温度、应变等参数十分敏感，因此可以利用光纤布拉格光栅中心波长的变化来进行温度和应变传感。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种光纤光栅温度和间隙双参量传感器，其可同时测量两物体之间的距离和测量环境中的温度，结构简单，安装使用方便。
本实用新型的技术方案为：
光纤光栅温度和间隙双参量传感器，包括有金属基片和两条光纤布拉格光栅，所述的金属基片的上表面和下表面上分别设置有上条形槽和下条形槽，所述的两条光纤布拉格光栅分别固定于上条形槽和下条形槽内。
所述的上条形槽和下条形槽为交替设置，且沿端部侧面的竖直中心线对称。
所述的金属基片选用金属弹性基片。
所述的金属基片为平直金属基片或弧形弯折金属基片。
本实用新型的设计原理：
当待测量的两个凹凸配合的物体之间的间隙变小时，平直金属基片上邻近凹表面物体的光纤布拉格光栅将被拉伸，其布拉格波长向长波方向漂移，而邻近凸表面物体的光纤布拉格光栅将被压缩，其布拉格波长向短波方向漂移；当待测量的两个平面相对物体之间的间隙变小时，弧形弯折金属基片凹表面上的光纤布拉格光栅将被拉伸，其布拉格波长向长波方向漂移，而弧形弯折金属基片凸表面上的光纤布拉格光栅将被压缩，其布拉格波长向短波方向漂移；
温度对金属弹性基片上下两个光纤布拉格光栅的影响是一致的，即如果温度升高则上下两个光栅的中心波长均向长波方向漂移，如果温度降低则两个光栅的波长均向短波方向漂移，因此将两个光栅的波长值相加，可以解调出待测区域的温度。并且由于是波长值相加，因此可将温度探测灵敏度提高一倍。另外如上所述，间隙对金属弹性基片上下两个光纤布拉格光栅的影响是相反的，即如果间隙变化则两个光栅的波长一个变大一个变小，因此将两个光栅的波长值相减，可以解调出待测的间隙值，并且由于采用波长值相减的差动式的解调方法，有效的提高了间隙的探测精度。
本实用新型的优点是：
本实用新型能够同时测量温度和间隙，并且针对不同的空隙形状，可以设计平直金属弹性基片或弧形弯折金属弹性基片来满足要求。同时本实用新型具有分辨率高、测量精度高、响应速度快、抗电磁干扰和体积小巧等特点，适用于各种温度和间隙测量，尤其是对传感器尺寸有苛刻要求的小间隙环境。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的侧视图。
图3是本实用新型检测两个凹凸配合的物体之间的间隙的结果示意图。
图4是两个凹凸配合的物体之间的间隙变小时的结构示意图。
图5是本实用新型检测两个平面相对物体之间的间隙的结果示意图。
图6是两个平面相对物体之间的间隙变小时的结构示意图。
图7是本实用新型应用结构示意图。
具体实施方式
见图1，光纤光栅温度和间隙双参量传感器，包括有弹性金属基片1和两条光纤布拉格光栅2，弹性金属基片1为平直金属基片或弧形弯折金属基片；弹性金属基片1的上表面和下表面上分别设置有交替设置的上条形槽3和下条形槽4，上条形槽3和下条形槽4沿端部侧面的竖直中心线对称（见图2），两条光纤布拉格光栅2分别固定于上条形槽3和下条形槽4内。
实施例1
见图3，检测两个凹凸配合的物体之间的间隙，将具有平直金属基片1的本实用新型放入两个物体5,6的待测间隙中，其两端与一物体5的凹球面相接触、其下表面中部与另一物体6的凸球面相接触；见图3，间隙较大时，金属弹性基片1处于自由的平直状态；见图4，当间隙变小时，金属弹性基片1两端受到具有凹球面的物体5向下的压力，中端受到具有凸球面的物体6向上的压力而发生弯曲，处于金属弹性基片1上表面的光纤布拉格光栅2将被拉伸，其布拉格波长向长波方向漂移，而处于金属弹性基片1下表面的光纤布拉格光栅2将被压缩，其布拉格波长向短波方向漂移。
当传感器所在的环境温度升高则上下两个光栅的中心波长均向长波方向漂移，如果温度降低则两个光栅的波长均向短波方向漂移。
实施例2
见图5，检测两个平面相对物体之间的间隙，将具有弧形弯折金属基片1的本实用新型放入两个物体7,8的待测间隙中，其两端与位于下方的物体7接触、其上表面中部与位于上方的物体8相接触；见图5，间隙较大时，金属弹性基片1处于自由的弯曲状态；见图6，间隙变小时，金属弹性基片1两端受到位于下方的物体7向上的压力，中部受到位于上方的物体8向下的压力而发生形变，处于金属弹性基片1上表面的光纤布拉格光栅2将被压缩，其波长向短波方向漂移，而处于金属弹性基片1下表面的光纤布拉格光栅2将被拉伸，其波长向长波方向漂移。
当传感器所在的环境温度升高则上下两个光栅的中心波长均向长波方向漂移，如果温度降低则两个光栅的波长均向短波方向漂移。
见图7，检测时，由宽带光源9发射的宽带光束通过光纤耦合器10耦合进入本实用新型11中，被本实用新型10上下表面的光纤布拉格光栅2反射回来的特定波长的光束经过光纤耦合器10传输回光栅解调仪12中，由光栅解调仪12解调出光纤布拉格光栅的波长改变量，进而计算出双参量传感器所在处的温度值和间隙值。
Claims (4)
1.光纤光栅温度和间隙双参量传感器，其特征在于：包括有金属基片和两条光纤布拉格光栅，所述的金属基片的上表面和下表面上分别设置有上条形槽和下条形槽，所述的两条光纤布拉格光栅分别固定于上条形槽和下条形槽内。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅温度和间隙双参量传感器，其特征在于：所述的上条形槽和下条形槽为交替设置，且沿端部侧面的竖直中心线对称。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅温度和间隙双参量传感器，其特征在于：所述的金属基片选用金属弹性基片。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅温度和间隙双参量传感器，其特征在于：所述的金属基片为平直金属基片或弧形弯折金属基片。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN2013203659581U CN203298894U (zh) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | 光纤光栅温度和间隙双参量传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN2013203659581U CN203298894U (zh) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | 光纤光栅温度和间隙双参量传感器 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN203298894U true CN203298894U (zh) | 2013-11-20 |
Family
ID=49574899
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN2013203659581U Expired - Lifetime CN203298894U (zh) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | 光纤光栅温度和间隙双参量传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107677398A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-09 | 西安交通大学 | 一种双光纤光栅振动/应力复合传感器 |
| CN108151664A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-12 | 北京汽车研究总院有限公司 | 一种间隙测量设备 |
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2013
- 2013-06-25 CN CN2013203659581U patent/CN203298894U/zh not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107677398A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-09 | 西安交通大学 | 一种双光纤光栅振动/应力复合传感器 |
| CN107677398B (zh) * | 2017-09-13 | 2020-11-27 | 西安交通大学 | 一种双光纤光栅振动/应力复合传感器 |
| CN108151664A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-12 | 北京汽车研究总院有限公司 | 一种间隙测量设备 |
| CN108151664B (zh) * | 2018-01-31 | 2024-03-22 | 北京汽车集团越野车有限公司 | 一种间隙测量设备 |
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