裸FBG应变传感器的标定用装置、标定系统及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光纤传感领域，公开了一种裸FBG应变传感器的标定用装置、标定系统及标定方法。该标定用装置包括标定底板和分别设置在所述标定底板顶部的标定基座和微位移产生装置；所述标定基座和微位移产生装置分别设有定位槽以及与定位槽匹配设置的弹性垫，所述裸FBG应变传感器通过定位槽和弹性垫固定在标定基座和微位移产生装置之间；所述标定基座与标定底板固定连接，所述微位移产生装置可相对于标定底板运动；通过微位移产生装置在标定底板上做相对运动，改变微位移产生装置与标定基座间的距离，进而改变待测裸FBG应变传感器的波长。本发明专利技术可以取得良好的线性度和不确定度，为FBG在工程中的应用提供了条件。

Calibration Device, Calibration System and Calibration Method of Bare FBG Strain Sensor

The invention belongs to the field of optical fiber sensing, and discloses a calibration device, a calibration system and a calibration method for a bare FBG strain sensor. The calibration device comprises a calibration base plate and a micro-displacement generating device respectively arranged at the top of the calibration base plate; the calibration base and the micro-displacement generating device are respectively provided with a positioning groove and an elastic cushion matched with the positioning groove, and the bare FBG strain sensor is fixed between the calibration base and the micro-displacement generating device through the positioning groove and the elastic cushion; The base is fixed with the calibration base plate, and the micro-displacement generating device can move relative to the calibration base plate; the distance between the micro-displacement generating device and the calibration base is changed by the relative motion of the micro-displacement generating device on the calibration base plate, and the wavelength of the bare FBG strain sensor to be measured is changed. The invention can obtain good linearity and uncertainty, and provides conditions for the application of FBG in engineering.

【技术实现步骤摘要】
裸FBG应变传感器的标定用装置、标定系统及标定方法
本专利技术属于光纤传感领域，更具体地，涉及一种裸FBG应变传感器的标定用装置、标定系统及标定方法。
技术介绍
光纤布拉格光栅(FBG),是利用光纤材料的光敏特性,以一定的写入技术在裸光纤的一段范围内写入具有周期性折射率的芯内体光栅,其实质作用是在纤芯内形成以共振波长为中心的窄带光学滤波器,宽带光源或可调谐光源输出光经过光栅时,光谱中以光栅的波长为中心的窄带光谱在光栅处被反射而被解调,其他大部分光将发生透射而沿原来方向传输。FBG纤芯在外界温度、应力等物理量的作用下,折射率将发生改变,从而引起光栅反射光中心波长漂移。此特性即为FBG传感器的工作原理,通过检测反射光波长的变化即可得出FBG传感器所处环境待测物理量的变化。FBG应变传感器作为一种新型传感器，具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰能力强，便于实现实时分布式测量等优点，非常适合复杂条件下结构应变信息长期监测工作，被广泛应用于土木结构、海洋工程、航空航天等领域，其对应力、应变、温度及振动等多参量检测有突出的优势,正逐渐取代传统的传感器。为了保证测量的准确性，FBG应变传感器在使用前需要对其进行应变灵敏度的标定。目前，对于已经封装好的FBG应变传感器的标定已经有了较多可行性方法。一般采用弯矩梁作为基本结构，在标准梁粘贴FBG，通过施加载荷使梁上产生应变，通过计算得到梁表面的应变从而实现FBG传感器的应变特性标定。如公开号为CN207318047U的一种FBG应变传感器动态标定用耦合器和标定装置，公开了标定装置包括等强度梁和振动台，等强度梁的头端固定在支架上，末端与振动台的输出部连接，电阻应变计和FBG传感器粘接在等强度梁上，加速度传感器粘接在等强度梁的末端。在实际应用中，裸FBG应变传感器的灵敏度系数同样需要得到精确的标定，但是由于裸FBG应变传感器非常脆弱，一旦采用粘贴等传统方法进行安装，很难完好地拆卸下来，并且采用且现有的对已经封装好的FBG应变传感器的标定装置采用的标定方式对裸FBG应变传感器进行标定，存在应变传递率不确定的问题，同时现有的标定装置结构较复杂，涉及的器件较多，成本较高，维护成本高，不能满足工程实际应用的需求。且复杂的标定装置对操作人员的要求严格，需要操作人员具有丰富的操作经验以克服拆卸难、测量精度不准的问题。而精确的灵敏度系数是保证测量结果的精确性和可重复性的重要参数，现有技术尚缺乏对裸FBG应变传感器灵敏度系数更好的标定方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够合理解决应变传递率问题的裸FBG应变传感器的标定用装置，该标定用装置尤其适用于裸FBG应变传感器的标定，操作简便，精确度高。本专利技术目的通过以下技术方案实现：提供一种裸FBG应变传感器的标定用装置，包括标定底板和分别设置在所述标定底板顶部的标定基座和微位移产生装置；所述标定基座和微位移产生装置分别设有定位槽以及与定位槽匹配设置的弹性垫，所述裸FBG应变传感器通过定位槽和弹性垫固定在标定基座和微位移产生装置之间；所述标定基座与标定底板固定连接，所述微位移产生装置可相对于标定底板运动；通过微位移产生装置在标定底板上做相对运动，改变微位移产生装置与标定基座间的距离，进而改变待测裸FBG应变传感器的波长。进一步地，所述微位移产生装置包括杠杆、滑移台和用于驱动滑移台的分厘卡；杠杆通过支撑组件与标定底板活动连接，所述滑移台设置在杠杆一端的一侧，与杠杆的侧面连接驱动杠杆动作，分厘卡与滑移台连接；所述标定基座设置在杠杆另一端的另一侧，待标定裸FBG应变传感器固定在标定基座和杠杆之间。本方案中，通过旋转分厘卡以驱动滑移台移动，进而驱动与滑移台连接的杠杆的一端移动，使得杠杆以支撑组件为旋转轴进行旋转，实现与杠杆另一端连接的裸FBG应变传感器被拉伸。进一步地，所述支撑组件包括与标定底板固定连接的旋转轴以及设置在杠杆内部的轴承，所述轴承与旋转轴连接。进一步地，所述微位移产生装置的调节比例为1:200；即控制杠杆的右侧向上移动200um，杠杆左侧向下移动1um。此调节比例下，调节更方便，精度更高。进一步地，所述定位槽设有成对设置的定位孔，所述弹性垫采用橡胶垫，所述橡胶垫设有与定位孔匹配设置的安装孔，通过将螺钉穿过匹配设置的定位孔和安装孔，可以实现橡胶垫与定位槽的固定安装，进而实现对裸FBG应变传感器的固定。使用螺钉对定位槽的定位孔和橡胶垫的安装孔进行匹配安装，不仅不影响裸FBG应变传感器的应变传递率，而且拆卸、安装方便。进一步地，所述标定基座上纵向并列设有多个等级的定位槽，可以通过调节裸FBG应变传感器接入定位槽的等级，进而调节裸FBG应变传感器的栅区长度。进一步地，所述栅区长度范围为5mm到10mm。本专利技术的另一目的在于提供一种裸FBG应变传感器的标定系统，包括上述的标定用装置以及与固定在所述标定用装置上的裸FBG应变传感器的一端依次连接的光纤光栅解调仪和上位机。本专利技术的再一目的在于提供一种裸FBG应变传感器的标定系统的标定方法，包括步骤：S1.搭建上述标定系统，使标定用装置处于恒温状态；由于在在确定的FBG传感器中，光栅的周期由应变和温度决定，在标定过程中，使得标定用装置处于恒温状态，以避免温度对结果的影响；S2.设定待标定裸FBG应变传感器的栅区长度；S3.测量待标定裸FBG应变传感器在自由状态下的中心波长；S4.使微位移产生装置相对标定基座移动，拉伸裸FBG应变传感器，多次记录拉伸长度与裸FBG应变传感器的波长变化之间的关系；S5.将记录数值带入其中N为重复测量的次数，s(Kε)为实验结果的标准差，Kεi为第i次试验的应变灵敏度系数，为N次试验的应变灵敏度系数的平均数。进一步地，所述微位移产生装置包括杠杆、滑移台和分厘卡；所述杠杆与裸FBG应变传感器相连的一侧设有支撑组件，所述杠杆的另一侧与滑移台连接，所述滑移台还与分厘卡连接；所述支撑组件包括与标定底板固定连接的旋转轴以及设置在杠杆内部的轴承，所述轴承与旋转轴过盈配合；所述步骤S4具体包括：S41.旋转分厘卡，滑移台与杠杆连接处伸长，从而控制杠杆以支撑组件为轴，与滑移台相连的一侧向上旋转，与裸FBG应变传感器相连的一侧向下旋转，进而拉伸裸FBG应变传感器的长度；S42.单次实验指从0με加载到1000με，每拉伸裸FBG应变传感器2um，即加载200με；重复N次实验，即重复N次从0με加载到1000με，用于提高测量数据的准确性，减小实验误差；S43.分别记录裸FBG应变传感器的拉伸长度与相应的波长变化。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)由于引入非线性因素少，本方法具有极好的线性度；可以实现对光纤的均匀拉伸；(2)通过将裸FBG应变传感器的两端分别设置在定位槽和橡胶垫之间，再通过固定装置对定位槽和橡胶垫进行固定，该种对裸FBG应变传感器的安装方式，可以避免传统的粘贴式的安装方式对应变传递所造成的影响；(3)设有多等级定位槽，适用于不同栅区长度的裸FBG应变传感器的灵敏度系数的标定，应用范围广，适用性强；(4)操作极为简便；在实际操作过程中，首先拆装简便，重复性能好；待测裸FBG应变传感器一改粘贴的传统方式，采用了特制的定位槽和弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，包括标定底板和分别设置在所述标定底板顶部的标定基座和微位移产生装置；所述标定基座和微位移产生装置分别设有定位槽以及与定位槽匹配设置的弹性垫，所述裸FBG应变传感器通过定位槽和弹性垫固定在标定基座和微位移产生装置之间；所述标定基座与标定底板固定连接，所述微位移产生装置可相对于标定底板运动；通过微位移产生装置在标定底板上做相对运动，改变微位移产生装置与标定基座间的距离，进而改变待测裸FBG应变传感器的波长。

【技术特征摘要】
1.裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，包括标定底板和分别设置在所述标定底板顶部的标定基座和微位移产生装置；所述标定基座和微位移产生装置分别设有定位槽以及与定位槽匹配设置的弹性垫，所述裸FBG应变传感器通过定位槽和弹性垫固定在标定基座和微位移产生装置之间；所述标定基座与标定底板固定连接，所述微位移产生装置可相对于标定底板运动；通过微位移产生装置在标定底板上做相对运动，改变微位移产生装置与标定基座间的距离，进而改变待测裸FBG应变传感器的波长。2.根据权利要求1所述的裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，所述微位移产生装置包括杠杆、滑移台和用于驱动滑移台的分厘卡；杠杆通过支撑组件与标定底板活动连接，所述滑移台设置在杠杆一端的一侧，与杠杆的侧面连接驱动杠杆动作，分厘卡与滑移台连接；所述标定基座设置在杠杆另一端的另一侧，待标定裸FBG应变传感器固定在标定基座和杠杆之间。3.根据权利要求2所述的裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，所述支撑组件包括与标定底板固定连接的旋转轴以及设置在杠杆内部的轴承，所述轴承与旋转轴连接。4.根据权利要求2或3所述的裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，所述微位移产生装置的调节比例为1:200。5.根据权利要求1所述的裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，所述定位槽设有成对设置的定位孔，所述弹性垫采用橡胶垫，所述橡胶垫设有与定位孔相匹配的安装孔，通过将螺钉穿过定位孔和安装孔，以实现橡胶垫与定位槽的固定安装，进而实现对裸FBG应变传感器的固定。6.根据权利要求1或5所述的裸FBG应变传感器的标定用装置，其特征在于，所述标定基座上纵向并列设有多个等级的定位槽，可以通过调节裸FBG应变传感器接入定位槽的等级，进而调节裸FBG应变传感器的栅区长度。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧鹏，林铁，邬战军，潘雄，邵振华，
申请(专利权)人：北京菲斯罗克光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11