專利名稱：光纖應變傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應變傳感器，尤其涉及一種光纖應變傳感器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的應變傳感器是以應變-電量為基礎(chǔ)，以電信號為轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)妮d體，用導 線傳輸電信號，因此，使用時易受到電磁場和環(huán)境的影響，如環(huán)境濕度太大可能引起短路， 特別是高溫和易燃、易爆環(huán)境中易引起火災等等。研究發(fā)現(xiàn)，當光纖光柵的應變發(fā)生改變時，光柵有效折射率和光柵周期會改變，從 而導致光纖光柵的中心波長也會發(fā)生改變，例如對于中心波長為1550nm附近的光纖光柵， 1個微應變(即lue)將引起約1pm的波長變化，通過測定光纖光柵中心波長的變化，即可 推倒出應變的變化，從而可以構(gòu)成一種新型的光纖光柵應變傳感器。較之以應變-電量為 基礎(chǔ)的傳統(tǒng)應變傳感器，光纖光柵應變傳感器的抗干擾特性較強，因此，目前廣泛應用于民 用工程結(jié)構(gòu)、航空航天業(yè)、船舶航運業(yè)、電力工業(yè)、石油化工業(yè)、醫(yī)學、核工業(yè)等行業(yè)，尤其是 在高電壓、強電磁場、易燃易爆的惡劣環(huán)境中具有很強的應用優(yōu)勢。由于自身結(jié)構(gòu)的局限性，目前普通光纖光柵應變傳感器的測量范圍一般在0 2500 u e左右，但在很多場合，如火箭發(fā)動機固體推進劑，直升機旋翼等，待測量的應變量 可能在10000 i! e左右甚至更高，因此現(xiàn)有的光纖光柵應變傳感器的測量范圍無法滿足測 量要求。此外。由于光纖光柵的波長漂移通常要受到溫度的影響，從而導致其測量準確度 偏低，測量誤差大(一般在5% 10%左右)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種量程大且誤差小的光纖應變傳感器。為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種光纖應變傳感器，包括管殼，所述管殼的兩 端分別安裝有一個端蓋，所述管殼內(nèi)設(shè)有光纖光柵，所述光纖光柵包括連為一體的第一光 纖光柵和第二光纖光柵，所述第一光纖光柵的兩端分別對應固定在兩個所述端蓋上且預張 緊，其用于檢測因受外力作用引起的應變和因環(huán)境溫度引起的應變，所述第二光纖光柵固 定于其中一個所述端蓋上，其用于檢測因環(huán)境溫度引起的應變，所述第一光纖光柵的自由 端和所述第二光纖光柵的自由端伸出對應的端蓋外，所述管殼內(nèi)安裝有應變減敏梁，所述 應變減敏梁由中間固定部和與其兩側(cè)連接的兩個鏡像對稱的邊緣應變減敏部構(gòu)成，所述中 間固定部固定于所述管殼的內(nèi)壁上，兩個所述邊緣應變減敏部的自由端與所述第一光纖光 柵固定連接，且兩個所述邊緣應變減敏部與所述第一光纖光柵的粘接點之間的光纖光柵長 度是所述中間固定部橫向長度的數(shù)倍。本發(fā)明的光纖應變傳感器中，由于兩個邊緣應變減敏部與第一光纖光柵的粘接點 之間的光纖光柵長度是中間固定部橫向長度的數(shù)倍(假設(shè)為N倍)，則光纖應變傳感器通過 其應變減敏梁傳遞到光纖光柵上的應變，為被測物應變的1/N，因此，本發(fā)明的光纖應變傳 感器使用應變減敏梁可以較好的保護光纖光柵，并且提高光纖應變傳感器的測量范圍。而由于第一光纖光柵的中心波長漂移同時受到應變和環(huán)境溫度的影響，其測出的應變包括因受外力作用引起的應變和因環(huán)境溫度引起的應變，而第二光纖光柵其中心波長飄移不受應變影響，只受環(huán)境溫度影響，其測出的應變?yōu)橐颦h(huán)境溫度引起的應變，并且，第一光纖光柵和第二光纖光柵同在管殼內(nèi)，它們所處的環(huán)境溫度一致,因此,將第一光纖光柵的測得應變減去第二光纖光柵的測量的因環(huán)境溫度引起的應變，能消除溫度變化引起的測量誤差，從而可以提高測量準確度。


圖I為本發(fā)明的光纖應變傳感 器的主視剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述參考圖I所示，本實施例的光纖應變傳感器包括管殼1，管殼I的兩端分別粘結(jié)有一個端蓋2,管殼I內(nèi)設(shè)有光纖光柵3,該光纖光柵3是由連為一體的第一光纖光柵31和第二光纖光柵32構(gòu)成的雙光柵光纖,第一光纖光柵31的兩端分別對應粘接固定在兩個端蓋2上且預張緊，其用于檢測因受外力作用引起的應變和因環(huán)境溫度引起的應變，第二光纖光柵32粘接固定于其中一個端蓋2上，其用于檢測因環(huán)境溫度引起的應變，第一光纖光柵31和第二光纖光柵32,第一光纖光柵31的自由端和第二光纖光柵32的自由端伸出對應的端蓋2外，管殼I內(nèi)壁上固定安裝有應變減敏梁4，該應變減敏梁4是由一厚度為O. 25 O. 5mm的條形不銹鋼板彎折而成的一體結(jié)構(gòu)，其包括中間固定部41和與其兩側(cè)連接的兩個鏡像對稱的邊緣應變減敏部42，其中，中間固定部41為矩形平底槽結(jié)構(gòu)，而兩個邊緣應變減敏部42為兩個鏡像對稱的階梯型結(jié)構(gòu)，中間固定部41粘接固定于管殼I的內(nèi)壁上，兩個邊緣應變減敏部42的自由端與第一光纖光柵31粘接固定。為保證應變減敏達到要求，兩個邊緣應變減敏部42與第一光纖光柵31的粘接點之間的光纖光柵長度是中間固定部41橫向長度的5倍(也可以根據(jù)實際量程需要適當改變倍數(shù))。為了提高應變減敏效果，管殼I與兩個端蓋2圍成的內(nèi)腔內(nèi)填充滿光纖填充油膏5。此外，兩個端蓋2的外側(cè)空隙填充滿防水密封膠6,以保護光纖光柵3。假設(shè)當被測物受拉力發(fā)生形變時，應變量為ε，由于中間固定部41的底部通過管
I，—I Al
殼I與被測物連接在一起，則中間固定部41同時產(chǎn)生應變ε，= 其中，L為中
間固定部41的原長度，L’為發(fā)生形變時中間固定部41的長度，AL為形變量，應變減敏梁4除中間固定部41外其余部分由于未與管殼I接觸，因此均未發(fā)生形變，即應變減敏梁4整體變形量為AL，假設(shè)兩個邊緣應變減敏部42之間的光纖光柵的應變?yōu)棣?’ 則ε，= (L, — L,)/Lf=AL/Lf二 AL /5L
I AL=-* —
權(quán)利要求
1.ー種光纖應變傳感器，包括管殼(I )，所述管殼(I)的兩端分別安裝有一個端蓋(2),所述管殼(I)內(nèi)設(shè)有光纖光柵(3)，其特征在于，所述光纖光柵(3)包括連為一體的第一光纖光柵(31)和第二光纖光柵(32)，所述第一光纖光柵(31)的兩端分別對應固定在兩個所述端蓋(2)上且預張緊，其用于檢測因受外力作用引起的應變和因環(huán)境溫度引起的應變，所述第二光纖光柵(32)固定于其中ー個所述端蓋(2)上，其用于檢測因環(huán)境溫度引起的應變，所述第一光纖光柵(31)的自由端和所述第二光纖光柵(32)的自由端伸出對應的端蓋(2)タト，所述管殼(I)內(nèi)安裝有應變減敏梁(4)，所述應變減敏梁(4)由中間固定部(41)和與其兩側(cè)連接的兩個鏡像対稱的邊緣應變減敏部(42)構(gòu)成，所述中間固定部(41)固定于所述管殼(I)的內(nèi)壁上，兩個所述邊緣應變減敏部(42 )的自由端與所述第一光纖光柵(31)固定連接，且兩個所述邊緣應變減敏部(42)與所述第一光纖光柵(31)的粘接點之間的光纖光柵長度是所述中間固定部(41)橫向長度的數(shù)倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖應變傳感器，其特征在于，兩個所述邊緣應變減敏部(42)沿所述管殼(I)徑向的長度之和是所述中間固定部(41)沿所述管殼(I)徑向的長度的5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖應變傳感器，其特征在于，所述應變減敏梁(4)是由一條形不銹鋼板彎折而成的一體結(jié)構(gòu)，所述中間固定部(41)為矩形平底槽結(jié)構(gòu)，兩個所述邊緣應變減敏部(42)為兩個鏡像對稱的階梯型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖應變傳感器，其特征在干，所述條形不銹鋼板的厚度在O. 25 O. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖應變傳感器，其特征在于，所述管殼(I)與兩個所述端蓋(2)圍成的內(nèi)腔內(nèi)填充滿光纖填充油骨(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖應變傳感器，其特征在于，兩個所述端蓋(2)的外側(cè)空隙填充滿防水密封膠(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖應變傳感器，包括管殼，管殼的兩端分別安裝有一個端蓋，管殼內(nèi)設(shè)有光纖光柵，光纖光柵包括連為一體的第一光纖光柵和第二光纖光柵，第一光纖光柵的兩端分別對應固定在兩個端蓋上且預張緊，第二光纖光柵固定于其中一個端蓋上，第一光纖光柵的自由端和第二光纖光柵的自由端伸出對應的端蓋外，管殼內(nèi)安裝有應變減敏梁，應變減敏梁由中間固定部和與其兩側(cè)連接的兩個鏡像對稱的邊緣應變減敏部構(gòu)成，中間固定部固定于管殼的內(nèi)壁上，兩個邊緣應變減敏部的自由端與第一光纖光柵固定連接，且兩個邊緣應變減敏部與第一光纖光柵的粘接點之間的光纖光柵長度是中間固定部橫向長度的數(shù)倍。本發(fā)明的光纖應變傳感器的量程大、準確度高。
文檔編號G01B11/16GK102661718SQ201210142438
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者葉揚高, 孫兵, 張萬成, 張麗, 朱濤 申請人:中國電子科技集團公司第八研究所