差动式光纤光栅应变传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种差动式光纤光栅应变传感器，包括光纤和光纤固定座，光纤上具有分别固定于光纤固定座两端的左侧固定点与右侧固定点，其主要特点是，在左侧固定点与右侧固定点之间的光纤上设置有第一光栅和第二光栅，位于第一光栅和第二光栅之间的光纤连接有一弹性部件，该弹性部件的一端固定于光纤固定座，该弹性部件的另一端连接一个拉杆，所述的拉杆在外力作用下沿所述的光纤设置方向左右移动。采用了该种结构的差动式光纤光栅应变传感器，由于其在一段固定的光纤上设置了两段光栅，使得该传感器能够利用差动原理，在测量中进行温度的自动补偿，并且通过将光纤固定在弹性元件的特定位置，实现了增大测量量程的目的。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光电传感器领域，特别涉及光纤传感器领域，具体是指一种差动 式光纤光栅应变传感器。
技术介绍
光纤光栅传感器是继振弦式传感器之后的一种新型的传感器。由于它具有不受 电磁辐射和雷击、能结成传感网络、便于实时监控等优点，近些年这一传感技术获得迅速发 展。光纤光栅传感技术是利用光栅作为灵敏元件的一项技术，其关键是在一段剥去涂覆层 的裸纤上制作出一段光栅。目前的光纤光栅传感器在性能上与传统的传感器还有一定差距，关键在于光纤的 封装比较困难，设计创新不多，大都是一段光栅参与变形，结果最终变形中含有温度的影 响。其封装方式有三种一、初始光栅不受力，传感器只用来测拉应变；二、初始光栅拉到许 用拉应力状态，传感器只用来测压应变；三、初始光栅拉到中间拉应力状态，传感器用来测 拉应变和压应变，但单向量程减小。所以，目前的光纤光栅应变传感器在封装上存在两大缺 陷一、应变中未能消除外界温度变化对光栅的影响，必须在应变传感器附近另加一个温度 传感器，或在传感器中在封装一个不受应力影响的光栅作为温度补偿；二、总量程小，通常 的光纤光栅传感器的量程都小于传统的振弦式传感器3000 μ ε的量程。
技术实现思路
本技术的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够实现大量程测 量和温度补偿、结构简单、制造成本低廉的差动式光纤光栅应变传感器。为了实现上述的目的，本技术的差动式光纤光栅应变传感器具有如下构成该差动式光纤光栅应变传感器包括光纤和光纤固定座，所述的光纤上具有分别固 定于所述的光纤固定座两端的左侧固定点与右侧固定点，其主要特点是，在所述的左侧固 定点与右侧固定点之间的光纤上设置有第一光栅和第二光栅，位于所述的第一光栅和第二 光栅之间的光纤连接有一弹性部件，所述的弹性部件的一端固定于所述的光纤固定座，所 述的弹性部件的另一端连接一拉杆，所述的拉杆在外力作用下沿所述的光纤设置方向左右 移动。该差动式光纤光栅应变传感器中，所述的弹性部件的一端固定于所述的光纤固定 座的底部。该差动式光纤光栅应变传感器中，所述的弹性部件的一端固定于所述的光纤固定 座的一端。该差动式光纤光栅应变传感器中，所述的弹性部件的一端固定于光纤固定座的一 端，所述的弹性部件的另一端固定于所述的第一光栅和第二光栅之间的光纤上并连接所述 的拉杆。该差动式光纤光栅应变传感器中，所述的弹性部件的两端分别固定于光纤固定座的两端上，所述的第一光栅和第二光栅之间的光纤固定连接于所述的弹性部件的中间位 置，所述的弹性部件的中间位置还连接所述的拉杆。该差动式光纤光栅应变传感器中，所述的弹性部件为弹性片或弹簧。弹性片为无 波浪状膜片或有波浪状膜片。采用了该技术的差动式光纤光栅应变传感器，由于其在一段固定的光纤上设 置了两段光栅，并在两段光栅间设置有弹性元件，弹性部件的一端固定于光纤固定座，另一 端连接拉杆，使得该传感器能够利用差动原理，在测量中进行温度的自动补偿。另外，通过 将光纤固定在弹性元件的特定位置，实现了增大测量量程的目的。本技术结构简单，成 本低廉，适用范围较广。附图说明图1为本技术的差动式光纤光栅应变传感器的第一种实施方式的结构示意 图。图2为本技术的差动式光纤光栅应变传感器的第二种实施方式的结构示意 图。图3为本技术的差动式光纤光栅应变传感器的第三种实施方式的结构示意 图。图4为本技术的差动式光纤光栅应变传感器的第四种实施方式的结构示意 图。图5为本技术的差动式光纤光栅应变传感器的第五种实施方式的结构示意 图。图6为本技术的差动式光纤光栅应变传感器的第一种实施方式的封装结构 示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本技术的
技术实现思路
，特举以下实施例详细说明。请参阅图1所示，为本技术所提供的差动式光纤光栅应变传感器的一种实施 方式的结构示意图。该差动式光纤光栅应变传感器包括光纤1和光纤固定座2，所述的光纤1上具有分 别固定于所述的光纤固定座两端的左侧固定点与右侧固定点，在所述的左侧固定点与右侧 固定点之间的光纤1上设置有第一光栅3和第二光栅4，位于所述的第一光栅3和第二光栅 4之间的光纤1连接有一弹性部件5，所述的弹性部件5的一端固定于所述的光纤固定座2 的底部，所述的弹性部件5的另一端连接一拉杆6，所述的拉杆6可以在外力作用下沿所述 的光纤1设置方向左右移动。在该实施方式中，所述的弹性部件5为弹性片。在本技术的另一种实施方式中，如图2所示，所述的弹性部件5为弹性片，该 弹性片为L形。该L形膜片的一端固定于所述的光纤固定座2的一端。在本技术的一种优选的实施方式中，如图3所示，所述的弹性部件5为波浪状 膜片，该波浪状膜片的一端固定于所述的光纤固定座2的一端。在本技术的又一种实施方式中，如图4所示，所述的弹性部件5的一端固定于光纤固定座2的一端。所述的光纤1上的第一光栅3和第二光栅4之间的光纤段固定在所 述的弹性部件5的另一端上，并且弹性部件5的该端还连接所述的拉杆6。在该实施方式 中，所述的弹性部件5为弹簧或波浪状膜片。在本技术的另一种优选的实施方式中，如图5所示，所述的弹性部件5的两端 分别固定于光纤固定座2的两端，所述的光纤1上的第一光栅3和第二光栅4之间的光纤 段固定于所述的弹性部件5的中间位置上，并且弹性部件5的该中间位置上还连接所述的 拉杆6。在该实施方式中，所述的弹性部件5为两个串联的弹簧或两个串联的波浪状膜片。在以本技术的第一种实施方式为例的封装应用中，如图6所示，包括一根光 纤1，其上有两段光栅，即第一光栅3和第二光栅4。弹性片5固定在光纤固定座2上，槽形 管7固定在弹性片5上，光纤1的三个固定段分别与光纤固定座2的两端和槽形管7固定。 光纤固定座2的两端有螺纹，从而分别与固定块8和导向块9固定，导向块9还通过一 V形 槽由紧定螺钉紧固。固定块8'离开导向块9 一定距离，并通过短护管10和导向块9连接， 固定块8'和短护管10的一端有间隙。拉杆6 —端通过螺纹与固定块8'紧固，一端通过 螺钉、螺母与弹性片5固定，拉杆6要穿过导向块9上的一导向孔。长护管11和短护管10 螺纹连接并密封，长护管11和固定块8之间、短护管10和固定块8 ‘之间有密封圈12用以 密封传感器内部。两根光纤外护套13分别和固定块8、8'固定并密封，两个黑护套14分别 固定在固定块8、8'上，并再次起到密封作用。该封装结构中，固定块8'和短护管10之间可以相对左右移动，从而带动拉杆6左 右移动，拉杆6又使弹性片5发生弯曲变形，从而带动槽形管7的左右移动。本技术的该封装应用又包括以下两种封装型式第一种封装型式初始状态下，光纤处于自然不受力，水平处于纤直状态，第一光 栅和第二光栅的波长分别为λρ入2。当拉杆水平向右移动时，拉杆使弹性元件上部向右弯曲，光纤左段受拉变长，第一 光栅也受拉波长变长，同时受温度影响，最终波长为λ ‘工；光纤右段松弛并微弯，只要微 弯远小于一定情形，即可忽略微弯对光栅性能的影响，且不存在应力对第二光栅的影响，只 有温度影响，最终波长为λ' 2。温度对第一光栅和第二光栅的影响是同向的，不妨设温 度是升高的，那么λ ‘ 2> λ2，温度升高对应第二光栅波长增加是λ ‘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差动式光纤光栅应变传感器，所述的传感器包括光纤和光纤固定座，所述的光纤上具有分别固定于所述的光纤固定座两端的左侧固定点与右侧固定点，其特征在于，在所述的左侧固定点与右侧固定点之间的光纤上设置有第一光栅和第二光栅，位于所述的第一光栅和第二光栅之间的光纤连接有一弹性部件，所述的弹性部件的一端固定于所述的光纤固定座，所述的弹性部件的另一端连接一拉杆，所述的拉杆在外力作用下沿所述的光纤设置方向左右移动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓军，
申请(专利权)人：黄晓军，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]