CN205580887U - 基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置 - Google Patents
基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN205580887U CN205580887U CN201620225823.9U CN201620225823U CN205580887U CN 205580887 U CN205580887 U CN 205580887U CN 201620225823 U CN201620225823 U CN 201620225823U CN 205580887 U CN205580887 U CN 205580887U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bragg grating
- circulator
- metal wire
- port
- young
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 30
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 15
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 abstract 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011549 displacement method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010291 electrical method Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本实用新型提供基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，属于杨氏模量测量装置领域，包括宽带光源、光谱分析仪、环形器、2根热缩管、布拉格光栅、金属丝、增重码和悬挂装置；布拉格光栅与金属丝取相同长度一段拉直紧密贴合在一起，两端分别用2根热缩管进行热缩固定；金属丝一端挂在悬挂装置上；金属丝另一端悬挂增重码；布拉格光栅的输入端和输出端均与环形器的第二端口连接；宽带光源的输出端与环形器的第一端口连接；光谱分析仪的输入端与环形器的第三端口连接；通过把布拉格光栅和金属丝紧密贴紧，由光谱分析仪对变形后光栅的反射中心波长分析，可以大大的提高了测量精度，解决了现有测量杨氏模量装置测量精度不高的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及杨氏模量测量装置领域，具体的来说是涉及基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置。
背景技术
杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量，它反映的是材料应变与应力之间的关系，是选定机械零件材料重要的性能参数和工程技术设计的重要依据之一。测量常用的固体材料，如金属、陶瓷、橡胶、聚合物等，各种材料的杨氏模量对开采、建筑等大型工程具有十分重要的意义。
为了精确地测量出杨氏模量且满足不同用途的需求，关于如何定量测量杨氏模量的各式各样方法相继被提出来，如静态法、梁弯曲法、光电法、电学法等，前两种方法的关键在于待测材料在应力作用下的微形变与微位移量；后两种易于实现程的自动化但容易受到外界因素(温度、电磁场等)的影响。而后人们又提出了霍尔位置传感器测杨氏模量、CCD成像系统测杨氏模量、电感式位移法测量金属杨氏模量和光纤位移传感器测量法等，在实际应用中，这些方法存在着稳定性较差、精度不高、应用范围狭小、或者实验条件难以满足理论原理的需求等缺陷。因此，需要研究具有简单、高精度、稳定性良好且普适性强的杨氏模量的测量装置。
实用新型内容
本实用新型需要解决的是现有测量杨氏模量装置测量精度不高的问题，提供一种基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置。
本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：
基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，包括宽带光源、光谱分析仪、环形器、2根热缩管、布拉格光栅、金属丝、增重码和悬挂装置；
布拉格光栅与金属丝取相同长度一段拉直紧密贴合在一起，两端分别用2根热缩管进行热缩固定；金属丝一端挂在悬挂装置上；金属丝另一端悬挂增重码；布拉格光栅的输入端和输出端均与环形器的第二端口连接；宽带光源的输出端与环形器的第一端口连接；光谱分析仪的输入端与环形器的第三端口连接。
本实用新型通过使用光纤布拉格光栅对金属丝随着拉力变化而发生形变量的测量，使测得的杨氏模量更加准确，提高测量精度。
上述方案中，优选的是增重码包括挂盘和砝码，挂盘悬挂在金属丝下；砝码放置在挂盘，根据需要来进行增减砝码，改变拉力，进一步分析反射光波中波长的变化，进而分析出杨氏模量。
为了使测量的精度更高，上述方案中，优选的是挂盘的竖直中心线与金属丝重合。
上述方案中，优选的是，本实用新型还进一步包括挂杆、支撑杆和底座，挂杆水平放置，且一端悬挂金属丝，另一端与支撑杆一端垂直连接；支撑杆竖直放置，支撑杆另一端与底座连接；底座水平设置，使该测量装置更加牢固，更好移动，提高该测量装置的移动性。
为了使分析反射光波更加准确，上述方案中，优选的是光谱分析仪使用型号为AQ6370C的光谱分析仪。
上述方案中，选用的是宽带光源使型号为HY-ASE-C-G-13-B-FA的宽带光源。
本实用新型的优点与效果是：
1.通过热缩管将光纤布拉格光栅与金属丝紧密贴合，使光纤布拉格光栅的微应变与金属丝的微应变一致；
2.通过光栅的反射中心波长的变化来测量金属丝的应变，进而分析出杨氏模量，可以极大地提高了测量精度，解决了现有测量杨氏模量装置测量精度不高的问题；
3.通过增加或减少砝码来改变拉力大小，可以直观地看出拉力的变化；也可以快捷地进行多次测量，从而减少误差，进一步提高精度。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图中标号：1宽带光源；2光谱分析仪；3环形器；3.1第一端口；3.2第二端口；3.3第三端口；4热缩管；5布拉格光栅；6金属丝；7增重码；8悬挂装置；8.1挂杆；8.2支撑杆；8.3底座。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。
基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，包括宽带光源1、光谱分析仪2、环形器3、2根热缩管4、金属丝6、布拉格光栅5、增重码7、挂杆8.1、支撑杆8.2和底座8.3，如图1所示。
宽带光源1使用浩源光电的型号为HY-ASE-C-G-13-B-FA的宽带光源1，它具有价格便宜，使用寿命长的优点，也可以根据用户需要进行调节光源的功率，可以更好满足人们的需要，宽带光源1的输出端与环形器3的第一端口连接，如图1所示。
光谱分析仪2使用型号为为OSA或AQ6370C的光谱分析仪，可以清楚的在屏幕上进行分析反射波中心波长漂移量与拉力的关系，可以通过电子测距来进行测量，大大的提高了测量进度，可以很好的提高杨氏模量的测量，光谱分析仪2的输入端与环形器3的第三端口连接，如图1所示。
环形器3是光纤应用领域最常见的一种器件，它具有3个端口，第一端口3.1与宽带光源1连接，第二端口3.2与布拉格光栅5连接，第三端口3.2与光谱分析仪2连接。
布拉格光栅5通过热缩管与金属丝6紧密贴合在一起；布拉格光栅5放置于2根热缩管4间；金属丝6的正下方连接有增重码7，挂盘的竖直中心线与金属丝6重合，增重码7包括挂盘和砝码，挂盘悬挂在金属丝6下；砝码放置在挂盘，根据需要来进行增减砝码，改变拉力，进一步分析反射光波中波长的变化，进而分析出杨氏模量，金属丝6的上方固定在挂杆一端，挂杆水平放置，且一端悬挂金属丝6，另一端与支撑杆一端垂直连接；支撑杆竖直放置，支撑杆另一端与底座连接；底座水平设置，使该测量装置更加牢固，更好移动，提高该测量装置的移动性。
布拉格光栅5与金属丝6取相同长度拉直紧密贴合在一起，两端分别用2根热缩管4进行热缩固定；金属丝6一端挂在挂杆8.1上，再通过轻质托盘用不同的砝码对待测金属丝6进行负荷使其发生不同程度的拉伸；用宽带光源1输出的连续光通过环形器3的第一端口后，再由第二端口注入到布拉格光栅5内，而携带拉伸形变信息的布拉格光栅5反射光经环形器3的第二端口输出，由环形器3的第三端口输入光谱分析仪2，光谱分析仪2记录下经过布拉格光栅5的不同程度的拉伸对应的反射光谱，用户可以根据光谱进行分析，用现有的静态法算出杨氏模量。
首先需要研究布拉格光栅5反射中心波长与待测金属丝6所受不同负荷的关系，再进一步分析出杨氏模量。待测金属丝6为钼丝，其他金属也可以，该实施例用钼丝作为介绍，其长1.00m，可以满足人们做多次实验所需的长度，直径为0.18mm,当直径过大时，所加的力也要非常大才会发生形变，所以直径为0.18mm比较适合实验所需，布拉格光栅5为单模光栅，其应变传递率能达到99.8％。所加外力F加载位置为挂盘的中心。将反射中心波长为1549.934nm的布拉格光栅5用热缩管固定在钼丝中心，施加拉力通过逐增砝码实现，每次逐增步长为1.96N，一直增至13.72N，然后卸载至零。每次加载砝码待丝稳定后由光谱分析仪2记录布拉格光栅5反射谱，实验室温度约为25℃且由空调控制，整个实验过程时间较短，这期间的环境温度变化非常小，因此实验中温度对布拉格光栅5反射中心波长的影响可以忽略。
以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
Claims (4)
1.基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，其特征在于：包括宽带光源(1)、光谱分析仪(2)、环形器(3)、2根热缩管(4)、布拉格光栅(5)、金属丝(6)、增重码(7)和悬挂装置(8)；
布拉格光栅(5)与金属丝(6)取相同长度一段拉直紧密贴合在一起，两端分别用2根热缩管(4)进行热缩固定；金属丝(6)一端挂在悬挂装置(8)上；金属丝(6)另一端悬挂增重码(7)；布拉格光栅(5)的输入端和输出端均与环形器(3)的第二端口(3.2)连接；宽带光源(1)的输出端与环形器(3)的第一端口(3.1)连接；光谱分析仪(2)的输入端与环形器(3)的第三端口(3.3)连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，其特征在于：所述增重码(7)包括挂盘和砝码，挂盘悬挂在金属丝(6)下方；砝码放置在挂盘。
3.根据权利要求2所述的基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，其特征在于：所述挂盘的竖直中心线与金属丝(6)重合。
4.根据权利要求1所述的基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置，其特征在于：所述悬挂装置(8)包括挂杆(8.1)、支撑杆(8.2)和底座(8.3)，挂杆(8.1)水平放置，且一端悬挂金属丝(6)，另一端与支撑杆(8.2)一端垂直连接固定；支撑杆(8.2)竖直放置，支撑杆(8.2)另一端与底座(8.3)连接；底座(8.3)水平设置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620225823.9U CN205580887U (zh) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | 基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620225823.9U CN205580887U (zh) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | 基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN205580887U true CN205580887U (zh) | 2016-09-14 |
Family
ID=56866349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201620225823.9U Expired - Fee Related CN205580887U (zh) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | 基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN205580887U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111964603A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-11-20 | 中北大学 | 一种基于光杠杆的光纤布拉格光栅应变传感器的标定方法 |
-
2016
- 2016-03-23 CN CN201620225823.9U patent/CN205580887U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111964603A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-11-20 | 中北大学 | 一种基于光杠杆的光纤布拉格光栅应变传感器的标定方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Guo et al. | Stretchable and temperature‐sensitive polymer optical fibers for wearable health monitoring | |
| CN102679900B (zh) | 一种对光纤传感器、光纤光栅应变参数的校准的方法 | |
| CN101949804B (zh) | 一种基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的检验方法 | |
| CN103698223B (zh) | 荷载与温度耦合作用下路面耦合温度试验装置及试验方法 | |
| CN205262638U (zh) | 用于对温度和应变同时测量的双芯光子晶体光纤传感器 | |
| CN107941163B (zh) | 一种全分布式光纤应变系数标定装置及方法 | |
| CN107246931B (zh) | 一种光纤光栅横向受力应变传感器及检测方法 | |
| CN205580887U (zh) | 基于光纤布拉格光栅的杨氏模量测量装置 | |
| CN202075070U (zh) | 采用光纤布拉格光栅式杆力传感器测量受力的装置 | |
| CN207502701U (zh) | 一种基于长周期光纤光栅的磁场传感器 | |
| CN102141512A (zh) | 一种微纳光纤折射率传感器 | |
| CN208238740U (zh) | 双驼峰锥型光纤弯曲传感器 | |
| CN112066904A (zh) | 一种分布式光纤应变传感标定系统及方法 | |
| CN202939095U (zh) | 拉伸法杨氏模量测量仪 | |
| CN110044441A (zh) | 一种多齿型结构的塑料光纤液位传感器及其制备方法 | |
| CN102221431B (zh) | 一种光纤布拉格光栅式杆力传感器 | |
| CN104990668A (zh) | 一种光纤光栅拉力传感器标定方法 | |
| Zhang et al. | High-sensitivity fiber Bragg grating strain sensor of the substrate type | |
| CN210108925U (zh) | 一种基于透明土的ofdr分布式传感光缆和土界面力学性质试验装置 | |
| CN202994595U (zh) | 一种杨氏模量测量实验装置 | |
| CN204832475U (zh) | 一种基于负超磁致伸缩薄膜的光纤磁场传感器 | |
| CN102607943A (zh) | 用于测定土工格栅材料蠕变的夹具及其使用方法 | |
| CN109737999A (zh) | 在热力耦合环境下获取结构中的复材筋温度和应变的方法 | |
| CN207456930U (zh) | 弹性模量、抗弯刚度多功能组合实验装置 | |
| CN100386598C (zh) | 应力长周期光纤光栅可读施力构件 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160914 Termination date: 20170323 |