一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器，包括一号光纤光栅、二号光纤光栅、硬芯夹紧螺母、硬芯夹紧螺栓、圆形弹性膜片、一号端盖、二号端盖、一号弹簧、二号弹簧、一号外壳与二号外壳，硬芯夹紧螺母、硬芯夹紧螺栓、一号外壳、二号外壳上开设有同轴的、用以设置光纤光栅的凹槽，硬芯夹紧螺母、硬芯夹紧螺栓将圆形弹性膜片夹于其间，以使一、二号光纤光栅、圆形弹性膜片串联以同时作为弹性体，从而提高位移测量的分辨率和精度，可测0.1um的微小位移变化，改变圆形弹性膜片的厚度或是硬芯半径与圆形弹性膜片半径的比值可调整灵敏度和分辨率，还可通过弹簧的往复运动实现本传感器的可差动式往复运动，实现温度补偿与双向测量位移。
【技术实现步骤摘要】
一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器
本技术涉及一种光纤光栅传感器，属于光纤光栅传感领域，尤其涉及一种温度自补偿差动式光纤光栅微位移传感器。
技术介绍
在实际工程的研究中，大部分的位移传感器易受到环境的影响，列举如下：电容式位移传感器缺点是输出参量为非线性、寄生电容易对测量结果产生影响并且只适用于干净的工作场合；激光位移传感器缺点是价格昂贵，测量稳定性易受环境影响，故对工作环境的要求很高；光学位移传感器的信号在传送过程中衰减比较厉害，而且电磁干扰对它的影响也很明显；电感式位移传感器的缺点是普遍比较笨重，并且利用铁芯来使线圈的电感发生变化，频响不高、惯量较大，另外还容易出现线圈发热和电磁吸力等问题；磁栅传感器存在抗电磁干扰能力较低、体积较大、输出的信号不够稳定、使用寿命较短等缺点；光学位移传感器的信号在传送过程中衰减比较厉害，而且电磁干扰对它的影响也很明显。针对以上现有传感器的种种缺陷，光纤位移传感器基本能够克服，即：光纤由于光纤光栅的体积小、抗腐蚀、抗干扰、能够进行分布式测量及可以作为独立的光纤传感元件对被测物体进行监测等优点，使其在传感领域有着良好的使用价值。光纤光栅的检测原理是用它的波长调制传感机理，这样的传感机理使其探测能力不受光源光强变化、探测器老化、连接损耗及光纤弯曲等因素而受影响，并且能在同一根光纤中串接多个光纤光栅进行分布式测量。但现有的光纤光栅微位移传感器在很多情况下不能测量物体的微小形变，难以实现微小形变的精确测量，难以满足实际工程的应用需求，故，迫切需要设计出一种高精度光纤光栅微位移传感器。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术中存在的光纤光栅微位移传感器难以对微小形变进行精确测量的缺陷与问题，提供一种能够对微小形变进行精确测量的温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器。为实现以上目的，本技术的技术解决方案是：一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器，包括一号光纤光栅与二号光纤光栅，且一号光纤光栅、二号光纤光栅设置在同一根光纤上；所述差动式光纤光栅微位移传感器还包括硬芯夹紧螺母、硬芯夹紧螺栓、圆形弹性膜片、一号外壳与二号外壳，所述硬芯夹紧螺栓包括成一体结构的栓螺纹头、竖栓部与横栓部，所述竖栓部的右侧面的底部与横栓部垂直连接，竖栓部的左侧面的中部与栓螺纹头垂直连接，且栓螺纹头的中部、竖栓部的中部、横栓部的顶部共开设有同一个栓凹槽；所述硬芯夹紧螺母包括竖母部与横母部，所述竖母部的左侧面的底部与横母部垂直连接，竖母部的右侧面内开设有与栓螺纹头对应螺纹连接的母螺纹槽，且竖母部的中部、横母部的顶部共开设有同一个母凹槽；所述一号外壳的右侧面、二号外壳的左侧面的中部分别开设有一号外凹槽、二号外凹槽，且一号外凹槽、二号外凹槽、母凹槽、栓凹槽同轴设置；所述一号光纤光栅的两端分别粘贴在一号外凹槽、母凹槽内，二号光纤光栅的两端分别粘贴在二号外凹槽、栓凹槽内；所述栓螺纹头的外侧围上套设有圆形弹性膜片的中心孔，该圆形弹性膜片上近其中心孔的部位则夹于竖栓部左侧面、竖母部右侧面之间，圆形弹性膜片上位于竖栓部、竖母部之外的部位则夹于一号端盖、二号端盖之间，所述一号端盖的右侧面内镶嵌有硬芯夹紧螺母，一号端盖的左侧面内经一号弹簧与一号外壳的右侧面的底部相连接，一号端盖的上下端部则与一号外壳的右侧面的上下内壁滑动配合，所述二号端盖的左侧面内镶嵌有硬芯夹紧螺栓，二号端盖的右侧面经二号弹簧与二号外壳的左侧面的底部相连接，二号端盖的上下端部则与二号外壳的左侧面的上下内壁滑动配合。所述栓螺纹头的外侧围上套设有调整垫片，所述圆形弹性膜片经调整垫片与竖栓部的左侧面相接触。所述一号端盖的右侧面的上下端部设置有一号台阶部，所述二号端盖的左侧面的内部设置有与一号台阶部相配合的二号台阶槽。所述一号端盖的左侧面内开设有一号盖弹簧槽以与一号弹簧的右端相连接，所述一号外壳的右侧面的内部开设有一号壳弹簧槽以与一号弹簧的左端相连接。所述二号端盖的右侧面内开设有二号盖弹簧槽以与二号弹簧的右端相连接，所述二号外壳的左侧面的内部开设有二号壳弹簧槽以与二号弹簧的右端相连接。所述一号外壳的右侧面的上下内壁上开设有一号壳台阶槽，该一号壳台阶槽包括直径依次减小的一号右阶部与一号左阶部，所述一号左阶部位于一号右阶部、一号外壳的右侧面的底部之间，且一号右阶部与一号端盖的上下端部滑动配合。所述二号外壳的左侧面的上下内壁上开设有二号壳台阶槽，该二号壳台阶槽包括直径依次减小的二号左阶部与二号右阶部，所述二号右阶部位于二号左阶部、二号外壳的左侧面的底部之间，且二号左阶部与二号端盖的上下端部滑动配合。所述一号外壳上绕其中心均匀开设有多个一号固定孔，所述二号外壳上绕其中心均匀开设有多个二号固定孔，所述二号端盖上绕其中心均匀开设有多个二号端盖孔，一号固定孔内穿入的固定螺栓依次经二号端盖孔、二号固定孔后与固定螺母进行螺纹连接。所述固定螺栓上位于一号外壳、二号外壳之间的部位上套设有限位套管。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1、本技术一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器中，圆形弹性膜片、一号光纤光栅、二号光纤光栅串联以同时作为弹性元件，位移测量的分辨率和精度高，可测0.1um精度的微小位移变化，此外，改变圆形弹性膜片的厚度或是硬芯半径(硬芯夹紧螺母、硬芯夹紧螺栓的配合部位)与圆形弹性膜片半径的比值，还可得到不同的灵敏度和分辨率来满足所需的要求，进一步提高测量精度，并拓宽应用范围。因此，本技术的精确度较高，能够对微小形变进行精确测量。2、本技术一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器中，以一号光纤光栅、二号光纤光栅作为测量的敏感元件，而光纤光栅作为敏感元件，可通过解调光纤光栅的波长漂移量来获得位移量，光纤光栅自身的特点使得本传感器同样具备抗电磁干扰强、信号衰减程度小等优点，从而克服恶劣环境测量时所存在的不足。因此，本技术不仅抗电磁干扰强，而且信号衰减程度小。3、本技术一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器中，圆形弹性膜片、一号光纤光栅、二号光纤光栅串联同时作为弹性元件以进行测量，而在弹性元件的左右两方都分别设置有一号弹簧、二号弹簧以进行差动式往复运动，该设计不仅能够实现双向测量位移，而且可实现温度补偿，以适应温度变化较大的实验环境。因此，本技术能实现双向测量位移与温度补偿。附图说明图1是本技术的立体结构示意图。图2是图1的爆炸视图。图3是本技术的剖视图。图4是图3中硬芯夹紧螺母、硬芯夹紧螺栓的放大示意图。图中：一号光纤光栅100、二号光纤光栅200、一号外壳1、一号外凹槽11、一号壳弹簧槽12、一号壳台阶槽13、一号右阶部131、一号左阶部132、一号固定孔14、一号弹簧2、一号端盖3、一号台阶部31、一号盖弹簧槽32、硬芯夹紧螺母4、母螺纹槽41、竖母部42、横母部43、母凹槽44、二号外壳5、二号外凹槽51、二号壳弹簧槽52、二号壳台阶槽53、二号左阶部531、二号右阶部532、二号固定孔54、二号弹簧6、二号端盖7、二号台阶槽71、二号盖弹簧槽72、二号端盖孔73、硬芯夹紧螺栓8、栓螺纹头81、竖栓部82、横栓部83、栓凹槽84、圆形弹性膜片9、调整垫片10、固定螺栓15、固定螺母16、限位套管17本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器，包括一号光纤光栅（100）与二号光纤光栅（200），且一号光纤光栅（100）、二号光纤光栅（200）设置在同一根光纤上，其特征在于：所述差动式光纤光栅微位移传感器还包括硬芯夹紧螺母（4）、硬芯夹紧螺栓（8）、圆形弹性膜片（9）、一号外壳（1）与二号外壳（5），所述硬芯夹紧螺栓（8）包括成一体结构的栓螺纹头（81）、竖栓部（82）与横栓部（83），所述竖栓部（82）的右侧面的底部与横栓部（83）垂直连接，竖栓部（82）的左侧面的中部与栓螺纹头（81）垂直连接，且栓螺纹头（81）的中部、竖栓部（82）的中部、横栓部（83）的顶部共开设有同一个栓凹槽（84）；所述硬芯夹紧螺母（4）包括竖母部（42）与横母部（43），所述竖母部（42）的左侧面的底部与横母部（43）垂直连接，竖母部（42）的右侧面内开设有与栓螺纹头（81）对应螺纹连接的母螺纹槽（41），且竖母部（42）的中部、横母部（43）的顶部共开设有同一个母凹槽（44）；所述一号外壳（1）的右侧面、二号外壳（5）的左侧面的中部分别开设有一号外凹槽（11）、二号外凹槽（51），且一号外凹槽（11）、二号外凹槽（51）、母凹槽（44）、栓凹槽（84）同轴设置；所述一号光纤光栅（100）的两端分别粘贴在一号外凹槽（11）、母凹槽（44）内，二号光纤光栅（200）的两端分别粘贴在二号外凹槽（51）、栓凹槽（84）内；所述栓螺纹头（81）的外侧围上套设有圆形弹性膜片（9）的中心孔，该圆形弹性膜片（9）上近其中心孔的部位则夹于竖栓部（82）左侧面、竖母部（42）右侧面之间，圆形弹性膜片（9）上位于竖栓部（82）、竖母部（42）之外的部位则夹于一号端盖（3）、二号端盖（7）之间，所述一号端盖（3）的右侧面内镶嵌有硬芯夹紧螺母（4），一号端盖（3）的左侧面内经一号弹簧（2）与一号外壳（1）的右侧面的底部相连接，一号端盖（3）的上下端部则与一号外壳（1）的右侧面的上下内壁滑动配合，所述二号端盖（7）的左侧面内镶嵌有硬芯夹紧螺栓（8），二号端盖（7）的右侧面经二号弹簧（6）与二号外壳（5）的左侧面的底部相连接，二号端盖（7）的上下端部则与二号外壳（5）的左侧面的上下内壁滑动配合。...
【技术特征摘要】
1.一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器，包括一号光纤光栅（100）与二号光纤光栅（200），且一号光纤光栅（100）、二号光纤光栅（200）设置在同一根光纤上，其特征在于：所述差动式光纤光栅微位移传感器还包括硬芯夹紧螺母（4）、硬芯夹紧螺栓（8）、圆形弹性膜片（9）、一号外壳（1）与二号外壳（5），所述硬芯夹紧螺栓（8）包括成一体结构的栓螺纹头（81）、竖栓部（82）与横栓部（83），所述竖栓部（82）的右侧面的底部与横栓部（83）垂直连接，竖栓部（82）的左侧面的中部与栓螺纹头（81）垂直连接，且栓螺纹头（81）的中部、竖栓部（82）的中部、横栓部（83）的顶部共开设有同一个栓凹槽（84）；所述硬芯夹紧螺母（4）包括竖母部（42）与横母部（43），所述竖母部（42）的左侧面的底部与横母部（43）垂直连接，竖母部（42）的右侧面内开设有与栓螺纹头（81）对应螺纹连接的母螺纹槽（41），且竖母部（42）的中部、横母部（43）的顶部共开设有同一个母凹槽（44）；所述一号外壳（1）的右侧面、二号外壳（5）的左侧面的中部分别开设有一号外凹槽（11）、二号外凹槽（51），且一号外凹槽（11）、二号外凹槽（51）、母凹槽（44）、栓凹槽（84）同轴设置；所述一号光纤光栅（100）的两端分别粘贴在一号外凹槽（11）、母凹槽（44）内，二号光纤光栅（200）的两端分别粘贴在二号外凹槽（51）、栓凹槽（84）内；所述栓螺纹头（81）的外侧围上套设有圆形弹性膜片（9）的中心孔，该圆形弹性膜片（9）上近其中心孔的部位则夹于竖栓部（82）左侧面、竖母部（42）右侧面之间，圆形弹性膜片（9）上位于竖栓部（82）、竖母部（42）之外的部位则夹于一号端盖（3）、二号端盖（7）之间，所述一号端盖（3）的右侧面内镶嵌有硬芯夹紧螺母（4），一号端盖（3）的左侧面内经一号弹簧（2）与一号外壳（1）的右侧面的底部相连接，一号端盖（3）的上下端部则与一号外壳（1）的右侧面的上下内壁滑动配合，所述二号端盖（7）的左侧面内镶嵌有硬芯夹紧螺栓（8），二号端盖（7）的右侧面经二号弹簧（6）与二号外壳（5）的左侧面的底部相连接，二号端盖（7）的上下端部则与二号外壳（5）的左侧面的上下内壁滑动配合。2.根据权利要求1所述的一种温度自补偿的差动式光纤光栅微位移传感器，其特征在于：所述栓螺纹头（81）的外侧围上套设有调整垫片（10），所述圆形弹性膜片（9）经调整垫片（10）与竖栓部（82）的...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭跃刚，陈宇佳，李瑞亚，陈宜炀，邴俊俊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42
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