專利名稱：一種光纖光柵形狀記憶合金管位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種基于光纖光柵技術(shù)和形狀記憶合金技術(shù)的位移傳感器。
背景技術(shù)：
常用位移傳感器主要分為非接觸式與接觸式兩種。激光位移傳感器是比較常用的非接觸式位移傳感器，它利用三角反射原理非接觸測量位移。它的優(yōu)點(diǎn)是測量精度高，不干擾被測物體運(yùn)動過程。但其對測量環(huán)境要求比較高，激光器部位不能有振動，否則會帶來很大的測量誤差。
常用的接觸式位移傳感器是應(yīng)變式的位移傳感器。它與二次儀表如應(yīng)變儀、數(shù)字電壓表配套使用，即可進(jìn)行工程試驗(yàn)中的靜態(tài)位移測量。由于其核心傳感元件采用電類應(yīng)變計(jì)，不可避免的帶來了易受電磁輻射干擾、長期穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，無法滿足在強(qiáng)電磁輻射等惡劣工作環(huán)境中的工作需要。同時，常用的接觸式位移傳感器往往體積比較大，量程較小，無法滿足精密環(huán)境中的位移測量。
形狀記憶合金材料是近來興起的一種智能材料，具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)、彈性模量低、彈性范圍大、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)等特點(diǎn)，在傳感器設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著廣闊的前景。
光纖光柵是一種性能優(yōu)良的應(yīng)變傳感元件。它具有靈敏度高，體積小，耐腐蝕，抗電磁輻射，光路可彎曲，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)；由于具采用波長編碼技術(shù)，消除了光源功率波動及系統(tǒng)損耗的影響，適用于長期監(jiān)測；而且多個光纖光柵組成的傳感系統(tǒng)，采用一根光纜，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)方便、精度高、體積小、長期穩(wěn)定性好的接觸式光纖光柵形狀記憶合金管位移傳感器，克服了傳統(tǒng)電類位移傳感器易受電磁干擾、長期穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，能夠滿足強(qiáng)電磁輻射等惡劣環(huán)境中的位移測量；利用形狀記憶合金的彈性范圍大的特點(diǎn)，大幅度提高了位移傳感器的量程。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由形狀記憶合金彎管、光纖光柵、帶槽銅片以及銅基片構(gòu)成的位移傳感器。首先制作形狀記憶合金彎管以及對裸光纖光柵做預(yù)處理。將50mm長、外徑為0.4mm的形狀記憶合金管彎曲后固定于鋼板上，送入高溫爐進(jìn)行高溫形狀處理并淬火，使其具有對彎曲狀態(tài)的形狀記憶效應(yīng)。使用光纖被覆機(jī)對裸光纖光柵區(qū)域進(jìn)行涂覆，涂覆厚度為100μm，并在兩端留出大約7mm左右裸纖區(qū)域；將形狀記憶合金管兩端置于帶槽銅片槽中；然后利用焊錫將帶槽銅片和形狀記憶合金管焊在兩個厚度為0.2mm的銅基片上，將涂覆后的光纖光柵置于形狀記憶合金彎管內(nèi)，調(diào)整其位置使其處于中央部位，采用高壓注膠法將環(huán)氧樹脂膠注入彎管內(nèi)，待膠高溫固化后位移傳感器即制作完畢。彎管兩端銅基片的相對位移變化會使形狀記憶合金管發(fā)生形變，從而改變了光纖光柵的反射波長，通過測量光纖光柵反射波長的變化可以得出形狀記憶合金彎管兩端的相對位移變化。
本發(fā)明的效果和益處是，該位移傳感器克服了傳統(tǒng)電類傳感器易受電磁干擾、長期穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，體積小、測量精度高，而且可在一根光纖上布置多個傳感器對多點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)分布式測量，還可以和基于光纖光柵技術(shù)的各種傳感器串聯(lián)。這種新型光纖光柵位移傳感器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，同時還具有本質(zhì)防爆、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛適用于醫(yī)療、土木工程以及核工業(yè)等惡劣工作環(huán)境的精密位移測量中。


圖1是光纖光柵形狀記憶合金管位移傳感器側(cè)向示意圖。
圖中1銅片基座，2形狀記憶合金管，3帶槽銅片。
圖2是光纖光柵形狀記憶合金管位移傳感器俯視示意圖。
圖中1銅片基座，2形狀記憶合金管，3帶槽銅片4光纖。
圖3是封裝后的形狀記憶合金管剖面圖。
圖中2形狀記憶合金管，5環(huán)氧樹脂，6光纖光柵。
圖4是帶槽銅片的剖面圖。
圖中3帶槽銅片。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
本發(fā)明提出的光纖光柵位移傳感器側(cè)向剖面示意圖如附圖1所示，該傳感器俯視示意圖如附圖2所示，其中所涉及的封裝后的形狀記憶合金管剖面圖如圖3所示，所涉及的帶槽銅片剖面圖如圖4所示。
形狀記憶合金管與銅片基座焊接的具體做法是，首先利用形狀記憶合金管2在厚度0.2mm的薄銅片上擠壓出一個半圓形槽，制成帶槽銅片3；然后將形狀記憶合金管2置于槽內(nèi)并簡易固定在銅片基座1上；使用電烙鐵加熱帶槽銅片3一端，同時將焊錫置于另一端，利用空氣壓力將液化的焊錫壓入槽中，待低溫固化后焊接工作即完成。
光纖光柵封裝的具體做法是，首先使用光纖涂敷機(jī)對光纖光柵6部位進(jìn)行涂敷，然后將其置于形狀記憶合金管2中，使用精密光纖調(diào)整架調(diào)整光纖光柵6位置，使光纖光柵6處于中央部位，接著采用高壓注膠方式在形狀記憶合金管2中灌入環(huán)氧樹脂膠5，待高溫固化后即完成封裝。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵形狀記憶合金管位移傳感器，其特征是對形狀記憶合金管進(jìn)行高溫形狀處理并淬火、使其具有彎曲狀態(tài)；對光纖光柵的柵區(qū)部位進(jìn)行涂覆處理；使用焊錫將形狀記憶合金管兩端焊在兩個厚度為0.2mm的銅基片上，并用預(yù)留槽的銅基片夾持住形狀記憶合金管；將涂覆后的光纖光柵置于形狀記憶合金彎管內(nèi)，采用高壓注膠法將環(huán)氧樹脂膠注入彎管內(nèi)，并在高溫環(huán)境下固化環(huán)氧樹脂膠。
全文摘要
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)方便、精度高、長期穩(wěn)定性好的接觸式光纖光柵形狀記憶合金管位移傳感器，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征是由支座、保護(hù)鋼管、彈簧以及雙層鋼管組合結(jié)構(gòu)的光纖光柵應(yīng)變傳感器件構(gòu)成。采用環(huán)氧樹脂將光纖光柵封裝于0.5mm鋼管中，并與兩個1.2mm鋼管組裝構(gòu)成光纖光柵應(yīng)變傳感器件；將該應(yīng)變器件一端與一1.2mm空心鋼管連接，另一端與彈簧連接后安裝至預(yù)留孔的支座中，并安裝保護(hù)鋼管。本發(fā)明的效果和益處是該位移傳感器克服了傳統(tǒng)電類傳感器易受電磁干擾、長期穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，體積小、測量精度高，而且可在一根光纖上布置多個傳感器對多點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)分布式測量，還可以和基于光纖光柵技術(shù)的各種傳感器串聯(lián)。
文檔編號G02B6/46GK1948897SQ20061013426
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者任亮, 李宏男 申請人:大連理工大學(xué)