使用反弹装置预拉感测线、制造及使用传感器的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种制造传感器的方法、传感器、以及使用传感器的感测方法，其中所述传感器包括反弹装置、柔性感测线、固定端与受力端，所述制造传感器的方法包括：使所述柔性感测线穿经所述固定端、所述反弹装置与所述受力端而设置，其中所述反弹装置设于所述固定端与所述受力端之间；施加预定力于所述受力端以压缩所述反弹装置，并使所述柔性感测线的两端与所述反弹装置的两端均分别固定于所述固定端与所述受力端；以及放松经固定的所述反弹装置，使其预拉所述柔性感测线。其预拉所述柔性感测线。其预拉所述柔性感测线。

【技术实现步骤摘要】
使用反弹装置预拉感测线、制造及使用传感器的方法


[0001]本案涉及一种用于测量压应变的传感器、及其制造方法以及使用传感器的感测方法，尤指一种具有反弹装置及预拉的柔性感测线的用于测量压应变的传感器、及其制造方法以及使用传感器的感测方法。

技术介绍

[0002]测量装置中有时会使用柔性感测线作为核心，例如光纤或金属丝。以光纤光栅(optical fiber Bragg grating，FBG)为例，其最主要的功能就是测量FBG所承受的应变。图1为FBG反射原理示意图。在图1中，当连续宽带光(入射光)耦合进入此光纤(其包括光纤核心与FBG)时，除了满足布拉格条件(Bragg condition)的特定波长的光波会反射(反射光)之外，其余波长都会穿射过此FBG(穿射光)。使用FBG做其他物理量测量时常需要使用机械构件将所需测量物理量，例如力、压力或位移转换为应变，然后使用FBG来感测应变。此时FBG所感测的应变可以是拉应变或压应变。唯FBG是使用柔细的光纤制造，因此只能感测拉应变，而压应变只会造成光纤弯曲而无法正确感测。为实现压应变测量的功能，通常使用的方法是在将FBG固定在机械构件基材的同时预拉FBG。预拉使得FBG所受压应变反映在拉应变的下降。在光纤被固定胶固定于机械构件基材的受力端与固定端或用其他方法固定时，施加预拉常增加机构设计的复杂度，降低产品的稳定度并容易对FBG造成损伤。
[0003]以上问题也会发生在例如使用光纤布里渊散射(Brillouin scattering)或使用金属丝电阻做应变测量时。r/>[0004]以下解释使用FBG为例，为实现压应变测量的功能，通常使用的方法是在将FBG固定在基材的同时预拉FBG，使得固定后FBG所受压应变反映在拉应变的下降。图2显示使用现有技术所制造的测量压应变的传感器的示意图。如图2所示，所述传感器包括具有FBG的光纤、弹簧片与金属外壳，所述光纤的两端以固定胶固定于固定端和受力端。所述FBG与所述光纤的一部分位于所述金属外壳、所述固定端与所述受力端所形成的密闭空间内，而所述弹簧片设置于所述受力端，用以感测压应变。当所述传感器外部压力变大时，所述FBG受压应变。如果在制造所述传感器时FBG没有预拉，此压应变就会使得FBG弯曲而失去其灵敏度。因为上述原因，制造FBG传感器时通常对FBG施加对应于2000pm或接近2000pm的预拉。
[0005]根据单模光纤的弹性参数，对光纤每施加1g的拉力可以使得增加13.4pm。因此要使得增加2000pm需要在固定后维持FBG拉力150g。但固定FBG所用的固定胶通常需要加温才能达到理想的固定。因为光纤与机械构件基材热涨冷缩的影响，在光纤固定时施加预拉量常在固定后传感器回复室温时维持在预拉所需受拉力的两倍以上。实际所需预拉受力的大小受机械构件基材的设计与材料乃至于制造人员经验影响。过大的预拉受力可能使得FBG在固定过程中断裂或减低FBG传感器的寿命，降低产品的稳定度。预拉不足，在固定完成并温度降至室温后，可能造成FBG无法反映压应变。为避免预拉受力的问题，有时会使用更复杂的机构设计，这样会增加制造成本。
[0006]由此，专利技术人鉴于现有技术的缺失，于是思考改良专利技术的意念，终能专利技术出本申请
“
使用反弹装置预拉感测线、其制造及使用于感测的方法”。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种使用套在柔性感测线外的反弹装置(例如弹簧(coil)或弹簧片(spring leaf))，对柔性感测线施加预拉。在分别将柔性感测线的两端和反弹装置的两端分别固定于固定和与受力端时，先将反弹装置压缩，因此柔性感测线在不受力或微小拉力的情况下，使用固定胶或其他方法固定于传感器的机械构件的基材上的固定端和受力端。固定完成后，再放开反弹装置并利用其反弹力对柔性感测线施加预拉。本专利技术所提出的传感器可避免或降低许多具有柔性感测线的压应变的传感器在制造上的负面影响。
[0008]本专利技术的又一主要目的在于提供一种制造传感器的方法，其中所述传感器包括反弹装置、柔性感测线、固定端和受力端，所述方法包括：使所述柔性感测线穿经所述固定端、所述反弹装置和所述受力端而设置，其中所述反弹装置设于所述固定端与所述受力端之间；施加预定力于所述受力端以压缩所述反弹装置，并使所述柔性感测线的两端和所述反弹装置的两端均分别固定于所述固定端和所述受力端；以及放松经固定的所述反弹装置，使其预拉所述柔性感测线。
[0009]本专利技术的另一主要目的在于提供一种传感器，该传感器包括：固定端；受力端；反弹装置，设于所述固定端与所述受力端之间，且被压缩直至所述反弹装置固定于所述固定端和所述受力端后被放松；以及感测线，穿经并设于所述固定端与所述受力端之间，并具有分别固定于所述固定端和所述受力端的第一端和第二端、中间感测段以及感测参数，其中所述感测线被经固定而放松的所述反弹装置以预定力F1预拉，所述感测参数因响应所述中间感测段或所述受力端的实际受力而变化、依所述变化求得所述受力端的表面受力F2、并以F1
‑
F2为所述实际受力。
附图说明
[0010]图1是示出FBG反射原理的示意图。
[0011]图2是示出使用现有技术所制造的测量压应变的传感器的示意图。
[0012]图3是示出依据本专利技术构想的优选实施例的传感器的示意图。
具体实施方式
[0013]上述的柔性感测线可以包括光纤与金属丝。以光纤作为核心的感测方法的数量正快速上升。光纤为圆柱形细长线的构造，常用的单模光纤是由内层直径125μm，用硅做成的核心(core)与外层包覆的压克立所组成，整体的外径为250μm。一般光纤可承受10,000με的拉伸应变量。以下简介两种光纤感测方法：光纤光栅与布里渊散射。
[0014]光纤光栅的制造是将一段1
‑
20mm长光纤受高能量雷射光曝晒，造成光纤折射率成周期性、永久的改变。此段折射率变化周期为Λ的光纤，称之为光纤光栅(optical Fiber Bragg Grating,FBG)。当FBG受到外力或温度变化而产生应变(ε
B
)时，光栅周期Λ随之改变，同时使得FBG反射光波的波长改变。而FBG反射光波的原始中心(波峰)波长λ
B
的改变量Δλ
B
与ε
B
的关系如下：
[0015]Δλ
B
＝0.74λ
B
ε
B
或
[0016]常使用FBG其λ
B
波长范围在1525～1575nm之间，FBG读取系统可以辨识的波长变化约为1pm(1nm＝1000pm)。根据公式(1)，使用FBG做应变测量时，每一1pm所对应的Δλ
B
略低于10
‑6应变(με)，使得FBG成为稳定而灵敏的应变计。
[0017]布里渊散射(Brillouin scattering)的测量原理是利用当光纤受应变时，经过此点的光会产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造传感器的方法，其中所述传感器包括反弹装置、柔性感测线、固定端与受力端，所述方法包括：使所述柔性感测线穿经所述固定端、所述反弹装置与所述受力端而设置，其中所述反弹装置设于所述固定端与所述受力端之间；施加预定力于所述受力端以压缩所述反弹装置，并使所述柔性感测线的两端与所述反弹装置的两端均分别固定于所述固定端与所述受力端；以及放松经固定的所述反弹装置，使其预拉所述柔性感测线。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述柔性感测线的所述两端与所述反弹装置的所述两端使用固定胶分别固定于所述固定端和所述受力端，并且所述柔性感测线为光纤或金属丝。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述反弹装置为弹簧或弹簧片。4.一种传感器，包括：固定端；受力端；反弹装置，设于所述固定端与所述受力端之间，且被压缩直至柔性感测线固定于所述固定端与所述受力端后始被放松；以及感测线，穿经并设于所述固定端及所述受力端之间，并具有分别固定于所述固定端和所述受力端的第一端和第二端、中间感测段以及感测参数，其中所述感测线被放松的所述反弹装置以所述预定力F1预拉，所述感测参数因响应所述中间感测段或所述受力端的实际受力而变化、依所述变化求得所述受力端的受力F2、并以F1
‑
F2为所述实际受力。5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述传感器用于感测压应变，所述感测线是柔性感测线，所述柔性感测线是光纤或金属丝，所述反弹装置是弹簧或弹簧片，所述柔性感测线穿经所述固定端、所述反弹装置与所述受力端而设置；当所述柔性感测线为所述光纤时，所述光纤在所述固定端与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖峻仪，
申请(专利权)人：奇博科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：