[發明專利]一種對光纖傳感器、光纖光柵應變參數的校準的方法

有效

• 申請號: 201210154943.0
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102679900A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 韓正英;鄭光金;高業勝;趙耀;紀寶平
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及對光纖傳感器、光纖光柵應變參數的校準的方法。

背景技術

基于布里淵散射式的光纖傳感器(光纖陀螺光纖環)和基于光纖光柵的應變傳感器(FBG)，廣泛應用于航空航天器件的姿態控制、精確制導及大型橋梁建筑的健康檢測領域。將布里淵散射系數、波長漂移量和光纖所承受的應變聯系起來。這些方法存在儀器昂貴，難以溯源等缺點。現有的校準測試方法，大多是采用比對測量的方式，測試精度難以保證。光纖環內部的應力分布狀況及其質量直接影響著光纖陀螺的精度和穩定性，是制約國內當前高精度光纖陀螺的重要因素。目前國內還沒有成熟商用的光纖環應力分布測試系統，主要依賴進口。如何對光纖環內部的應力分布進行測試和標定，解決應變溯源性問題也是當前應變傳感器領域的重要研究課題，對FBG的應變進行精確標定也是當前研究熱門之一。

目前國內外關于光纖應變傳感器應變參數的校準方法介紹很少，這些方法大都是通過其他方式得到一個應變量作為標準應變參考量，參考電阻應變片的校準方法，主要有彈性模量法、等強度梁法等。

彈性模量法是將待測的光纖傳感器粘貼在特定彈性材料制作的拉伸試件上，然后利用拉力機對試件進行拉伸。金屬材料載彈性范圍內，正應力σ正比于正應變ε，此規律稱為胡克定律，用公式表示如下：σ＝Eε

式中E稱為彈性模量，其中σ＝ΔP/A，A為試件截面面積，ε為拉伸試件應變量。在測量載載荷作用下產生的應變值，則應變量可按下式計算：ϵ=ΔPE·A]]>

等強度梁如圖1所示，梁厚為h，梁長為L，固定端寬為B，自由端寬為b。梁的截面成等腰三角形。將光纖應變傳感器粘貼于懸臂梁的的上下表面，如果在懸臂梁的自由端施加一個可控的豎直向下的壓力，由材料力學可知梁內各橫截面產生的應力是相等的，表面上任意位置的應變也相等，其應變公式為

ϵ=6FLEBh2]]>

彈性模量法、等強度懸臂梁法是電阻應變片傳感器的測量中的常用方法，其中彈性模量法在工程中應用較多，但測量精度不高，等強度懸臂梁法常用在實驗室測量中，測量精度較高，但不適合大應變量的測量，測量范圍較為狹窄，難以滿足當前工程應用中大應變量的測量需求。

發明內容

針對上述缺點，本發明采用精密位移傳感器結合光纖傳感器制作光纖應變標準件的方式，將應變溯源到長度，測量精度能夠得到保證，為當前的光纖傳感器校準測量提供一種便捷、精確的服務。

本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的：

本方法采用位移測量法，將精密位移傳感器和光纖傳感器相結合的方式制作標準傳遞件產生標準應變量，間接達到對光纖傳感器、光纖光柵應變參數的校準。光纖應變傳遞件主要包括“凹”字形光學支架、標準光纖傳感器、精密位移傳感器、位移傳感器控制器等。“凹”字形光學支架由光學滑軌導槽、固定端、自由端組成。自由端、固定端上方刻有“V”形槽。位移傳感器的底座和滑軌由螺栓固定，橫向上和光學支架的自由端連接，通過數據線和位移傳感器控制器相連接。

首先將待測的標準光纖傳感器粘貼端切剝、清潔預處理后，裸光纖表面粘貼在光學支架的“V”形槽上面。粘膠劑一般選用采用環氧樹脂、氰基丙烯酸鹽粘合劑等楊氏模量比較大的化學試劑。粘貼過程中，光纖傳感器自然無應力，保證粘貼的光纖沿光纖應變傳遞件軸向偏差不超過0.1mm。