一种可调式光纤光栅传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种可调式光纤光栅传感器，包括光栅、两个转动臂，以及连接套，所述光栅布置在两个转动臂之间，光栅两端连接的光纤分别自转动臂的内侧进入转动臂内部，沿直线从转动臂的后端端部穿出；转动臂的前端为铰接端，铰接端与连接套铰接；两个转动臂前端分别开设有相互啮合的齿轮；齿轮之间可发生相对转动。本发明专利技术的有益效果为：采用两组转动臂，转动臂通过齿轮相连，齿轮之间摩擦小，相对转动不受阻碍，转动臂受力即可发生相对运动，保证了测量的灵敏性；转动臂设置多组光纤牵引孔，每组光纤牵引孔对应一种放大比例，增大了光栅的测量范围,提高了光栅的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感技术设备领域，具体涉及一种可调式光纤光栅传感器。
技术介绍
普通电子类传感器采集精度低，易受电磁干扰，稳定性差，号传输损耗大，难以在恶劣环境中正常使用。光纤传感器克服了传统电子类传感器的缺点，可在较强电磁场、腐蚀等恶劣环境或特殊环境中正常使用。在光纤传感器领域，光纤光栅传感器的应用前景十分广阔。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、尺寸小(标准裸光纤为125um)、重量轻、耐温性好(工作温度上限可达400℃～600℃)、复用能力强、传输距离远(传感器到解调端可达几公里)、耐腐蚀、高灵敏度、无源器件、易形变等优点，早在1988年就成功地应用于航空航天领域的无损检测；光纤光栅传感器还可应用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿等各个领域，以及在土木工程领域中(如建筑物、桥梁、水坝、管线、隧道、容器、高速公路、机场跑道等)的混凝土组件和结构中，以测定结构的完整性和内部应变状态，从而建立灵巧结构，并进一步实现智能建筑。然而，目前大多数光纤光栅传感器灵敏度不够，温度测量范围小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种灵敏度高、测量范围广的可调式光纤光栅传感器。本专利技术采用的技术方案是：一种可调式光纤光栅传感器，包括光栅、两个转动臂,以及连接套，所述光栅布置在两个转动臂之间，光栅两端连接的光纤分别自转动臂的内侧进入转动臂内部，沿直线从转动臂的后端端部穿出；转动臂的前端为铰接端，铰接端与连接套铰接；两个转动臂前端分别开设有相互啮合的齿轮；齿轮之间可发生相对转动。按上述方案，两个转动臂的内侧沿长度方向对应开设有多组光纤牵引孔，在转动臂的内部沿长度方向开有与光纤牵引孔连通的光纤牵引通道，所述光栅两端的光纤分别经两个转动臂的光纤牵引孔进入光纤牵引通道，从转动臂的后端端部穿出。按上述方案，所述转动臂的每个光纤牵引孔与光纤牵引通道的相交处设有倒角。按上述方案，所述转动臂的后端端部开设有光纤固定槽，从光纤牵引通道引出的光纤固定在光纤固定槽内。按上述方案，所述连接套内开设有卡口，所述转动臂的前端为内凹的凹台，凹台可插入卡口内，凹台与连接套铰接；两个转动臂的底面和连接套的底面位于同一平面内。按上述方案，两个转动臂对应设置有四组光纤牵引孔。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术采用两组转动臂，转动臂通过齿轮相连，齿轮之间摩擦力小，相对转动不受阻碍，转动臂受力即可发生相对运动，保证了测量的灵敏性；2、转动臂设置多组光纤牵引孔，每组光纤牵引孔对应一种放大比例，此种方法增大了光栅的测量范围,提高了光栅的测量精度；3、.调节两个转动臂之间的夹角对光栅施加预紧力进行应力补偿，保证了测量精度。4、本专利技术结构简单，操作方便。附图说明图1为本专利技术一个具体实施例的结构示意图。图2为图1的主视图。图3为本实施例中转动臂的结构示意图。图4为转动臂的光纤牵引孔和光纤牵引通道的结构示意图。图5为本实施例中转动销的结构示意图。图6为本实施例中连接套的结构示意图。图7为本实施例中光纤光栅的结构示意图。图8为本实施例的应用状态示意图。图9为本实施例中结构梁的受力示意图。其中：1、光纤；2、转动臂；2.1、光纤牵引孔；2.2、铰接孔；2.3、齿轮；2.4、光纤牵引通道；3、光栅；4、转动销；5、连接套；6、结构梁。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步地描述。如图1所示的一种可调式光纤光栅传感器，包括光栅3、两个转动臂2，以及连接套5，光栅3布置在两个转动臂2之间，光栅3两端连接的光纤1分别自转动臂2的内侧进入转动臂2内部，并沿直线从转动臂2的后端端部穿出；转动臂2的前端为铰接端(铰接端开设有铰接孔2.2)，铰接端通过转动销4与连接套5铰接；两个转动臂2前端分别开设有相互啮合的齿轮2.3；两个齿轮2.3之间润滑良好(摩擦非常小)，相对转动不受阻碍，转动臂2受力即可发生相对运动，保证了测量的灵敏性。转动臂2的底面受力时，齿轮2.3相对转动，转动臂2底部的应变经转动臂2放大，放大比例根据力矩理论可计算出来。两个转动臂2的内侧沿长度方向对应开设有多组光纤牵引孔2.1，在转动臂2的内部沿长度方向开有与光纤牵引孔2.1连通的光纤牵引通道2.4，所述光栅3两端的光纤1分别经两个转动臂2的光纤牵引孔2.1进入光纤牵引通道2.4(用胶水将光纤1固定在光纤固定槽内，保证光纤1与光纤固定槽之间无相对运动)，并从转动臂2的后端端部穿出。由于光纤1的弯曲度不能太大，故转动臂2的每个光纤牵引孔2.1与光纤牵引通道2.4的相交处进行倒角处理(避免光纤1弯折过大影响正常工作)；转动臂2的后端端部开设有光纤固定槽，光纤固定槽可为半圆形，从光纤牵引通道2.4引出的光纤固定在光纤固定槽内，避免转动臂2受力时光纤1与光纤牵引通道2.4发生相对运动而增大测量误差。连接套5内开设有卡口，所述转动臂2的前端为内凹的凹台，凹台可插入卡口内，凹台通过连接销4与连接套5铰接。所述传感器固定在待测物体上时，固定部位为两个转动臂2的底面和连接套5的底面，这三者的底面位于同一平面内，可保证待测物体变形时准确传递至所述传感器。本实施例中，两个转动臂2对应设置有四组光纤牵引孔2.1，四组光纤牵引孔2.1对应四种放大比例，提高了光栅3的测量范围和测量精度(各种环境的应力有对应的最合适的测量精度，并不是精度越高越好，应根据实际情况选择放大比例)。光栅3两端的光纤1对应从两个转动臂2的光纤牵引孔2.1进入，如A-a,B-b；不可错位连接，否则会引起测量误差，且错位连接时光纤1的偏折角度过大，影响光纤1的传输效果。本专利技术所述传感器在测量过程中，受力时转动臂2的后端绕转动销4运动，形成了一个简单的力学模型：一根杆一端铰接，杆的另一端围绕铰接点转动，杆上其余部位受到共面的两个不同位置的力的作用。利用力矩原理，根据两个转动臂2的长度得到两个力的比例，本专利技术利用这一原理得到的放大比例(也即光纤封装的增敏原理)。以下以本专利技术测量结构梁6某一位置的受力情况为例进行说明，结构梁6的两端分别受到和的拉力作用。本实施例中，为了排除环境温度对测量结果的影响，对光栅3进行应力补偿；另外，本实施例采用二级精度，即光栅3两端的光纤1自两个转动臂的B-b光纤牵引孔2.1进入。本专利技术的具体安装和测量过程为：首先，在结构梁6的待测位置布置所述传感器，将光栅3粘贴在两个转动臂2之间的结构梁6上，调节两个转动臂2之间的夹角，对光栅3施加预紧力进行应力补偿(环境中温度与应力的变化总是同时存在的，测量应力时必须要排除温度的干扰)，保证粘贴好的光栅3处于待测应力变化范围之内，而在待测应力变化范围之外由应力变化所引起的光栅尺寸变化的应力均被预紧力所抵消，由此所述传感器最佳测量范围被充分利用，待测应力位于最佳测量范围内，保证了测量精度；接着，将所述传感器的各部件粘贴在结构梁6的待测部位，并保证两个转动臂2的底面和连接套5的底面位于同一平面内，且与结构梁6的待测面完全贴合，结构梁6受力变形可以准确地传递到所述传感器上；最后，对安装好的所述传感器进行标定，并将各部件粘贴在结构梁6上，接上解调仪进行测量。如图8和图9所示，为所述传感器在结构梁6上受到的外部拉力；与分别为在沿转动臂2长度方向上和垂直于转动臂2长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调式光纤光栅传感器，其特征在于，包括光栅、两个转动臂，以及连接套，所述光栅布置在两个转动臂之间，光栅两端连接的光纤分别自转动臂的内侧进入转动臂内部，沿直线从转动臂的后端端部穿出；转动臂的前端为铰接端，铰接端与连接套铰接；两个转动臂前端分别开设有相互啮合的齿轮；两个齿轮之间可发生相对转动。

【技术特征摘要】
1.一种可调式光纤光栅传感器，其特征在于，包括光栅、两个转动臂，以及连接套，所述光栅布置在两个转动臂之间，光栅两端连接的光纤分别自转动臂的内侧进入转动臂内部，沿直线从转动臂的后端端部穿出；转动臂的前端为铰接端，铰接端与连接套铰接；两个转动臂前端分别开设有相互啮合的齿轮；两个齿轮之间可发生相对转动。2.如权利要求1所述的可调式光纤光栅传感器，其特征在于，两个转动臂的内侧沿长度方向对应开设有多组光纤牵引孔，在转动臂的内部沿长度方向开有与光纤牵引孔连通的光纤牵引通道，所述光栅两端的光纤分别经两个转动臂的光纤牵引孔进入光纤牵引通道，从转动臂的后端...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，叶梦力，张恒，陈见，邓炎，易伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42