CN2646666Y - 增敏型光纤光栅应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中包括：一中梁，该中梁为一管体；两端梁，该两端梁为空心管体，该两端梁的空心管体的中心孔的直径与中梁的内径相同，该两端梁的外径大于中梁的外径，该两端梁分别固定在中梁的两端，且其内径相通；一光纤光栅，该光纤光栅固定在中梁与两端梁的中心孔内，该光纤光栅两端的引出光纤探出两端梁的两端；两固定支点，该两固定支点分别支撑在两端梁的下面并与之固定。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种增敏型光纤光栅应变传感器，适合于各种应变或应力的高精度测量。
技术背景
光纤光栅传感技术是伴随着光纤光栅制作技术及光纤光栅通信技术的发展而崛起一种崭新的传感技术。与普通光纤传感器相比，其传感信号直接调制于光波波长，不受光源强度起伏、连接损耗及光纤弯曲损耗等影响，稳定性好，测量精度高；同时便于利用波分复用技术串联多个光纤光栅形成分布式传感网络，因此光纤光栅传感技术有着广阔的应用前景。
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯内形成空间相位光栅。当多波长信号入射进入光纤时，满足光栅反射条件的某个波长信号(称为Bragg波长)，会被耦合成反向波并沿原光纤线路反向传输。
光纤光栅传感的基本原理是：温度、应变和应力等物理量的变化会引起光纤光栅的栅距和有效折射率的变化，从而使光纤光栅反射的Bragg波长发生漂移，通过检测光纤光栅Bragg波长的变化就可以获得相应的温度、应变和应力的信息。其中应力或应变影响光纤光栅的Bragg波长是由于光栅周期的伸缩和光纤材料的弹光效应引起的。理论研究表明，仅受轴向应力作用的光纤光栅，其Bragg波长的漂移与所受应变的关系为VλB＝(1-Pe)ελB，其中Pe为光纤光栅的有效弹光系数，ε为所受轴向应变，λB、ΔλB分别为光纤光栅的Bragg波长和Bragg波长的漂移量。对于掺锗石英光纤而言，Pe≈0.22，以λB＝1550nm为例，其应变灵敏度约为1.2pm/μstrain，这种波长信号的微小漂移给信号检测带来不便，从而影响测量精度。为此本实用新型提出了一种增敏型光纤光栅应变传感器结构，可以提高光纤光栅的应变灵敏度，其增敏程度可以根据结构设计参数来调整，适应不同的测量需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅应变传感器的增敏结构，其通过采用非等截面梁的封装结构将待测应变量放大加载到传感器敏感区，提高了应变灵敏度。
本实用新型的技术方案为：
本实用新型一种增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中包括：
一中梁，该中梁为一管体；
两端梁，该两端梁为空心管体，该两端梁的空心管体的中心孔的直径与中梁的内径相同，该两端梁的外径大于中梁的外径，该两端梁分别固定在中梁的两端，且其内径相通；
一光纤光栅，该光纤光栅固定在中梁与两端梁的中心孔内，该光纤光栅两端的引出光纤探出两端梁的两端；
两固定支点，该两固定支点分别支撑在两端梁的下面并与之固定。
其中两端梁与中梁固定的方式为焊接或粘接或一体制做而成。
其中光纤光栅固定在中梁与两端梁的中心孔内的固定方式为粘接。
其中两固定支点与两端梁的固定方式为焊接或粘接。
其中所述端梁与中梁所使用的材料为相同或不同。
附图说明
为进一步说明本实用新型的技术内容，下面结合附图及实施例对本实用新型作详细的描述，其中：
图1为本实用新型的结构示意图；
其中，图1中的1为两端梁、2为光纤光栅、3为待测物上两固定支点、4为引出光纤、5为中梁、11为中心孔。
具体实施方式
请参阅图1，为本实用新型的结构示意图；本实用新型一种增敏型光纤光栅应变传感器，其中包括：
一中梁5，该中梁5为一管体；
两端梁1，该两端梁1为空心管体，该两端梁1的空心管体的中心孔11的直径与中梁5的内径相同，该两端梁1的外径大于中梁5的外径，该两端梁1分别固定在中梁5的两端，且其内径相通，其固定的方式为焊接或粘接；
一光纤光栅2，该光纤光栅2固定在中梁5与两端梁1的中心孔11内，其固定的方式为粘接，该光纤光栅2两端的引出光纤4探出两端梁1的两端；
两固定支点3，该两固定支点3概似梯形，该两固定支点3分别支撑在两端梁1的下面并与之固定，其固定的方式为焊接或粘接；
其中所述两端梁1与中梁5所使用的材料为相同或不同。本实用新型的工作过程为：
当待测物两固定支点3之间存在应变时，该应变会被加载到端梁1上，引起梁的形变，并且由于端梁和中梁5两部分梁的截面积不同，所以大部分形变被集中在中梁5上，这部分形变被传递到光纤光栅2上，引起其Bragg波长的漂移，通过检测Bragg波长的漂移量，即可获得待测物的应变量。本实用新型的关键技术在于：当端梁1两端受到应力的作用而产生应变时，由于两端梁1中间的中梁5部分截面积较小，所以其所承受的应变要大于待测物加载给端的应变，因此处在该部位的光纤光栅2所承受的轴向应变要大于待测应变，这样由该应变引起的Bragg波长的漂移量增大，故而起到了应变增敏的作用。
本实施例还可以通过采用两种杨氏模量不同的材料构成不等截面梁，使截面较小部分材料的杨氏模量较大，这样可以进一步提高应变灵敏度。该结构的增敏程度可以根据非等截面梁的各截面具体参数和光纤光栅的具体封装效果来决定。
从上面的描述中可以清楚地看出，本实用新型提出的利用非等截面梁封装光纤光栅的方法，提高了应变灵敏度，具有结构简单，测量精度高等优点。
虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权力要求书的精神和范围内的各种变型。
Claims (5)
1、一种增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中包括：
一中梁，该中梁为一管体；
两端梁，该两端梁为空心管体，该两端梁的空心管体的中心孔的直径与中梁的内径相同，该两端梁的外径大于中梁的外径，该两端梁分别固定在中梁的两端，且其内径相通；
一光纤光栅，该光纤光栅固定在中梁与两端梁的中心孔内，该光纤光栅两端的引出光纤探出两端梁的两端；
两固定支点，该两固定支点分别支撑在两端梁的下面并与之固定。
2、根据权利要求1所述的增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中两端梁与中梁固定的方式为焊接或粘接或一体制做而成。
3、根据权利要求1所述的增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中光纤光栅固定在中梁与两端梁的中心孔内的固定方式为粘接。
4、根据权利要求1所述的增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中两固定支点与两端梁的固定方式为焊接或粘接。
5、根据权利要求1所述的增敏型光纤光栅应变传感器，其特征在于，其中所述端梁与中梁所使用的材料为相同或不同。
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