CN2924484Y - 三光栅梁式应变测量结构 - Google Patents
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Abstract
一种三光栅梁式应变测量结构，它包括应变梁1、光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3、匹配光栅4和光源5、光耦合器6光电转换模块7、数据处理模块8、显示模块9，其特征在于光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3分别附着于应变梁1上表面和下表面。本实用新型的目的是利用梁式结构提供一种结构简明、成本低廉、抗干扰能力强、动态性能好的应变测量结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感领域，属于应变测量技术，特别是适用于快速变化的动态应变的测量结构。
背景技术
根据光纤光栅的传感工作原理，传感信息是加载到光栅的波长上的，即被测物理量使光栅的中心波长发生改变。在传统的光纤光栅传感系统中，都需要设置波长解调装置，该波长解调装置通过各种方法测量光纤中返回的光栅波长值，与初始状态的波长值比较计算后，间接的得到被测物理量的大小。这些波长解调装置要么由于解调速度较慢，不适于动态应变量的测量，要么价格昂贵，不能适用于规模较小的工程。
中国专利公开了几种用光纤或其敏感材料测量应变的结构，其中“光纤光栅或光纤应变传感头及其应变测量系统”(专利申请号：CN200420009255.6)给出应变传感头的结构，并未公开三光栅的结构。另外公开的“一种光纤光栅波长解调方法”(专利申请号：CN200410020745.0)，使用串联在一起的光纤光栅，一个作为参考光栅，另一个作为测量光栅，也是一种利用光强的解调技术，该方法测量光栅的变化范围小，灵敏度低。
实用新型内容
本实用新型的目的是利用梁式结构提供一种结构简明、成本低廉、抗干扰能力强、动态性能好的应变测量结构。
本实用新型的目的按下述方案实现：一种三光栅梁式应变测量结构，它包括应变梁1、光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3、匹配光栅4和光源5、光耦合器6光电转换模块7、数据处理模块8、显示模块9，其特征在于光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3分别附着于应变梁1上表面和下表面，方向和应变梁1的轴向平行，光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3和匹配光栅4串接后光耦合器6的一端连接，光耦合器6的另两端分别和光电转换模块7和光源5连接，光电转换模块7产生的模拟电压信号接入数据处理模块8，处理后的数据接入显示模块9。
在应变梁1无应变时所述光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3和匹配光栅4的中心波长相等，反射谱重合。
所述匹配光栅4附着于应变梁1的侧表面，方向于应变梁1的轴向垂直。
所述光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3和匹配光栅4为光纤布拉格光栅，用金属化封装和金属化焊接技术附着于应变梁1的表面。
本实用新型利用两个测量应变的光栅和一个匹配光栅组成一个三光栅的应变测量结构，三个光栅串接后通过一个3dB光耦合器接入光电转换模块。光电转换模块测量的是三个光栅反射谱叠加的光强值，即光电转换模块输出的模拟电压值和反射光强成正比。当应变梁无应变时，三个光栅的布拉格中心波长相等，反射谱重合，此时的反射的光强最小。由于两个光纤光栅应变传感器分别焊接在应变梁的上表面和下表面，当应变梁有应变时，一个光纤光栅应变传感器产生压缩应变，另一个光纤光栅应变传感器产生拉伸应变。根据光栅的传感原理，压缩应变使光栅的中心波长向短波长方向移动，拉伸应变使光栅的中心波长向长波长方向移动。而此时的匹配光栅处于自由态，梁的应变对其不产生影响，匹配光栅的中心波长不变。所以当应变梁有应变时，三光栅的反射谱会变宽，反射的光强会增大，且增大的幅度和应变的大小成比例。
本实用新型不用测量波长，而是通过新颖的结构使反射光强直接和被测物理量相关，光电转换模块输出和光强成正比的模拟电压信号，通过数据处理模块计算应变值。此结构大大简化了测量系统，降低了测量系统成本，而且动态性能好，能测量到高速变化的应变或应变的瞬态变化量。
附图说明
图1.三光栅梁式应变测量结构图
1-应变梁、2-光纤光栅应变传感器、3-光纤光栅应变传感器、4-匹配光栅、5-光源、6-光耦合器、7-光电转换模块、8-数据处理模块、9-显示模块
具体实施方式
如图所示，本实用新型包括应变梁1、光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3、匹配光栅4、光源5、光耦合器6、光电转换模块7、数据处理模块8和显示模块9，光纤光栅应变传感器2、光纤光栅应变传感器3和匹配光栅4组成三光栅应变测量结构。具体实施时，首先选择布拉格中心波长相同或相近的裸光栅，在进行金属化封装时，可通过施加预张力大小的方法调节三个光栅的中心波长相等，反射谱重合。封装完成的光纤光栅应变传感器和匹配光栅串接，用金属焊接的方法附着于应变梁的表面。光纤光栅应变传感器2附着在应变梁1的上表面，方向和应变梁1的轴向平行。光纤光栅应变传感器3附着在应变梁1的下表面，方向和应变梁1的轴向平行。匹配光栅4附着在应变梁1的侧表面，方向和应变梁1的轴向垂直。光源5通过一个3dB光耦合器6将光接入三光栅应变测量结构，三光栅的反射光通过光耦合器6的另一端接入光电转换模块7，光电转换模块7包括光电二极管及其辅助偏置电路和信号放大电路。光电转换模块7输出的模拟电压信号接入数据处理模块8，数据处理模块8完成AD转换、信号处理、储存、输出等功能，最后的测量结果由显示模块9进行显示。
Claims (5)
1、一种三光栅梁式应变测量结构，它包括应变梁(1)、光纤光栅应变传感器(2)、光纤光栅应变传感器(3)、匹配光栅(4)和光源(5)、光耦合器(6)光电转换模块(7)、数据处理模块(8)、显示模块(9)，其特征在于光纤光栅应变传感器(2)、光纤光栅应变传感器(3)分别附着于应变梁(1)上表面和下表面，方向和应变梁(1)的轴向平行，光纤光栅应变传感器(2)、光纤光栅应变传感器(3)和匹配光栅(4)串接后光耦合器(6)的一端连接，光耦合器(6)的另两端分别和光电转换模块(7)和光源(5)连接，光电转换模块(7)产生的模拟电压信号接入数据处理模块(8)，处理后的数据接入显示模块(9)。
2、如权利要求1所述的三光栅梁式应变测量结构，其特征在于在应变梁(1)无应变时所述光纤光栅应变传感器(2)、光纤光栅应变传感器(3)和匹配光栅(4)的中心波长相等，反射谱重合。
3、如权利要求1或2所述的三光栅梁式应变测量结构，其特征在于所述匹配光栅(4)附着于应变梁(1)的侧表面，方向于应变梁(1)的轴向垂直。
4、如权利要求1或2所述的三光栅梁式应变测量结构，其特征在于所述光纤光栅应变传感器(2)、光纤光栅应变传感器(3)和匹配光栅(4)为光纤布拉格光栅。
5、如权利要求1或2所述的三光栅梁式应变测量结构，其特征在于所述光纤光栅应变传感器(2)、光纤光栅应变传感器(3)和匹配光栅(4)用金属化封装和金属化焊接技术附着于应变梁(1)的表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200620097574 CN2924484Y (zh) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | 三光栅梁式应变测量结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200620097574 CN2924484Y (zh) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | 三光栅梁式应变测量结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2924484Y true CN2924484Y (zh) | 2007-07-18 |
Family
ID=38260918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN 200620097574 Expired - Lifetime CN2924484Y (zh) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | 三光栅梁式应变测量结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2924484Y (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101865683A (zh) * | 2010-05-26 | 2010-10-20 | 吉林大学 | 基于应变计的梁式桥位移动态测量系统及测量方法 |
| CN102589460A (zh) * | 2012-02-22 | 2012-07-18 | 西南交通大学 | 一种基于双向应变匹配光纤光栅解调技术的轨道应变感知方法 |
| CN103149089A (zh) * | 2013-02-04 | 2013-06-12 | 东南大学 | 碳纤维结构拉伸断裂状态的分阶段监测系统及其监测方法 |
| CN108519061A (zh) * | 2018-03-29 | 2018-09-11 | 中原工学院 | 一种测量构件变形应变梯度的方法与装置 |
| CN112762851A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-05-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于断裂力学和光纤传感的裂缝模拟标定装置 |
-
2006
- 2006-06-30 CN CN 200620097574 patent/CN2924484Y/zh not_active Expired - Lifetime
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