[實用新型]一種溫度自補償光纖光柵桿力傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020596199.6
• 申請日: 2010-11-04
• 公開（公告）號: CN201844898U
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊德興;張銘;姜亞軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L1/26
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖光柵桿力傳感器，能消除溫度對光纖光柵傳感器的影響，屬于光纖傳感領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖光柵傳感是一種新型的傳感原理，它以光波為信號載體，并采用波長調(diào)制，不受光強的影響，信號穩(wěn)定，在結(jié)構(gòu)工程的各種場合都具有良好的傳感性能。利用光纖光柵原理制作的溫度和應變傳感器能有效地測量結(jié)構(gòu)的溫度與應變，且制造出的傳感器具有體積小，測量精度高，抗電磁干擾，耐腐蝕，可靠性和穩(wěn)定性好，耐久性好等優(yōu)點。

在桿力傳感系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的桿力傳感原理大多是采用電阻應變式的變換原理。由彈性元件將桿力負荷變換成表面應變，經(jīng)電阻應變計感應測試應變，再通過電子測量技術(shù)將電阻應變計的變化量換成電信號輸出。這種傳統(tǒng)的電阻應變式桿力傳感器雖然在一般應用中能夠滿足傳感要求，然而這種電傳傳感器存在著其固有的缺陷：在測量精度與可靠性方面存在許多局限。例如，由于電阻應變計在溫度作用下其電阻率會發(fā)生較大變化，如溫度從-55℃到+60℃變化時，半導體電阻應變計的阻值會從600多歐變化到1300歐左右，其電阻溫度系數(shù)大于700×10-6/℃；雖然金屬電阻應變計電阻溫度系數(shù)要小，但其靈敏系數(shù)比半導體電阻應變計小100倍。在電測技術(shù)中，雖然可以采用熱敏電阻補償、串并聯(lián)電阻補償以及有源電路分段補償?shù)攘阄粶囟妊a償技術(shù)在一定范圍內(nèi)可以減小其零位輸出漂移，但是由于技術(shù)的限制，這種基于電阻應變式桿力傳感器還不能達到很高的精度與靈敏度水平；不能防御雷電、電磁干擾(EMI)和電磁沖擊(EMP)。

鑒于傳統(tǒng)桿力傳感器存在的缺陷，光纖光柵桿力傳感器在所需測量精度、動態(tài)響應、抗電磁干擾、全溫度與氣壓范圍傳感器零位輸出的穩(wěn)定性與可靠性等指標參數(shù)都要比傳統(tǒng)的電阻應變式傳感器高出很多。

但是，在光纖光柵傳感領(lǐng)域，應變和溫度是兩個能夠直接導致光纖光柵中心波長產(chǎn)生漂移的物理量，即光纖光柵對溫度和應變交叉敏感。由于光纖光柵對溫度和應變都敏感，在測量應變時，溫度的影響很難消除，從而限制了其實際應用。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出了一種溫度自補償光纖光柵桿力傳感器，能在測量應變的同時消除溫度的影響，制作工藝簡單，解決了光纖光柵傳感器交叉敏感性的問題。

技術(shù)方案

一種溫度自補償光纖光柵桿力傳感器，其特征在于包括第一關(guān)聯(lián)平行梁2、第二關(guān)聯(lián)平行梁3、第一光纖光柵應變傳感器4和第二光纖光柵應變傳感器5：第一關(guān)聯(lián)平行梁2和第二關(guān)聯(lián)平行梁3為尺寸相同的矩形框結(jié)構(gòu)，且中心呈長方形空心；兩個關(guān)聯(lián)平行梁的長方形空心矩形框順行且相互垂直固定連接，第一光纖光柵應變傳感器4與長方形空心矩形框平行的粘貼在第一關(guān)聯(lián)平行梁2的一個平面上，第二光纖光柵應變傳感器5與長方形空心矩形框平行的粘貼在第二關(guān)聯(lián)平行梁3的一個平面上，且第一光纖光柵應變傳感器4與第二光纖光柵應變傳感器5串行聯(lián)接；第一光纖光柵應變傳感器4在第一關(guān)聯(lián)平行梁2平面的位置與第二光纖光柵應變傳感器5在第二關(guān)聯(lián)平行梁3平面位置垂直對稱。

所述的第一光纖光柵應變傳感器4和第二光纖光柵應變傳感器5的材料和結(jié)構(gòu)相同，且中心波長相差小于50nm。

在第一關(guān)聯(lián)平行梁2的平面粘貼與第一光纖光柵應變傳感器4串聯(lián)的若干個光纖光柵應變傳感器，同時在第二關(guān)聯(lián)平行梁3的平面粘貼與第二光纖光柵應變傳感器5串聯(lián)的若干個光纖光柵應變傳感器，且兩個平面上粘貼的位置垂直對稱。

所述的若干個光纖光柵應變傳感器為2的倍數(shù)。

所述的光纖光柵應變傳感器為貼片式光纖光柵傳感器或裸光纖光柵傳感器。

所述的光纖光柵為光纖布拉格光柵或長周期光纖光柵。

有益效果

本發(fā)明提出的溫度自補償光纖光柵桿力傳感器，在沒有引入額外的附加結(jié)構(gòu)或?qū)ｉT的光纖光柵溫度傳感器條件下，在傳感系統(tǒng)內(nèi)部解決溫度補償?shù)膯栴}；而且該溫度自補償光纖光柵桿力傳感器具有抗電磁干擾、精度高、動態(tài)響應快、體積小重量輕、結(jié)構(gòu)簡單等特點，更具可靠性，穩(wěn)定性和簡易性；另外該溫度自補償光纖光柵桿力傳感器成本相對低廉，適用于比較狹小的空間，在測量彈性元件受力的同時實現(xiàn)對傳感器的溫度補償。

附圖說明

圖1：為本發(fā)明實施例1溫度自補償光纖光柵桿力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2：為本發(fā)明實施例2溫度自補償光纖光柵桿力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3：為本發(fā)明實施例3溫度自補償光纖光柵桿力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

1-彈性元件；2-第一關(guān)聯(lián)平行梁；3-第二關(guān)聯(lián)平行梁；4-第一光纖光柵應變傳感器；5-第二光纖光柵應變傳感器；