[發明專利]基于光纖布拉格光柵的角度應力傳感器

無效

• 申請號: 201310044269.5
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103148894A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 徐團偉;李芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及光纖傳感領域，特別是用于角度和應力同時測量的醫學和工程方面的應用。?

背景技術

光纖光柵是一種新型的無源光子器件，可制成各種傳感器件，在傳感領域得到廣泛的應用。與傳統的電傳感器相比，光纖光柵傳感器具有結構簡單、體積小、重量輕、抗腐蝕、抗電磁干擾的特點，適合在惡劣環境中工作等優點，近年來光纖光柵傳感器在土木工程、生物醫療等領域得到了廣泛的應用。?

光纖布拉格光柵具有窄帶濾波的光學特性，其結構特點是在光纖纖芯縱向方向形成正弦分布的折射率調制。光纖布拉格光柵可以直接用于溫度和應力的直接測量，通過不同的封裝方式可以進一步測量壓力、扭轉、振動、加速度、彎曲等物理量。余有龍等人采用懸臂梁結構的光纖光柵傳感器對應力的測量進行分析和改進。李豐麗等人采用雙光纖光柵和懸臂梁結構來消除環境溫度變化對應力測量的影響。傅海威等人利用金屬波紋管對光纖光柵進行封裝來測量壓力，波紋管具有縱向可以形變，橫向基本不形變的特性，可以把外界壓力轉化為縱向應變，進而結合彈性材料實現對光纖光柵壓力傳感器的增敏。在上述傳感器中，對作用力的方向一般都有要求，當外界作用力方位或者角度未知的情況下，則很可能達不到預期的測量目的。因此有必要在測量應力的同時給出方位角信息，不過關于角度和應力同時測量的傳感器報道相對較少。楊雙收等人(公布號：CN102322991A)提出的保偏長周期光纖光柵多角度應力傳感器，在保偏光纖上制作長周期光纖光柵，由于雙折射效應會存在兩個光柵，當外界不同角度的應力?作用到保偏光纖光柵，兩光柵的波長變化量不同，通過計算可以得到應力和角度的信息。但由于保偏光纖的橫向軸對稱性，采用單一保偏光纖光柵在測量橫向應力時，在90度范圍內成單調特性，因此該角度應力傳感器難以實現對應力方向的全角度(360度)的定位。?

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種基于光纖布拉格光柵的角度應力傳感器，具有應力大小和角度同時測量的能力，能夠實現全角度(360度)測量，且結構簡單。?

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：?

本發明提供一種基于光纖布拉格光柵的角度應力傳感器，包括：?

一光纖布拉格光柵陣列，該布拉格光纖光柵陣列包括多個不同波長的光纖布拉格光柵組成，且成軸對稱分布，每個該布拉格光纖光柵包括柵區部分和非柵區部分；?

一傳感頭，該傳感頭為彈性體，成半圓球形狀，光纖布拉格光柵陣列的柵區部分位于傳感頭內部，用于起感受外界應力的作用；?

一保護管，該保護管為管狀形狀，用于固定光纖布拉格光柵陣列的非柵區部分，起固定和保護作用；?

一支撐體，該支撐體為圓柱形狀，保護管位于支撐體內部，該支撐體的一端與傳感頭連接，該支撐體用于提供整個傳感器的支撐。?

本發明的優點在于，通過四個光纖布拉格光柵組網來實現應力大小和角度的同時測量，結構簡單，無復雜結構，且成本低廉。?

附圖說明

為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實例和附圖對本發明作一詳細的描述，其中：?

圖1是本發明提供的一種基于光纖布拉格光柵的角度應力傳感器的示意圖。?

圖2是本發明提供的一種基于光纖布拉格光柵的角度應力傳感器的剖視圖。?

具體實施方式

請參考圖1及圖2所示，本發明提供一種基于光纖布拉格光柵的角度應力傳感器，包括：?

一光纖布拉格光柵陣列1，該布拉格光纖光柵陣列由四只不同波長的光纖布拉格光柵組成，且成軸對稱分布，每個該布拉格光纖光柵包括柵區部分11和非柵區部分12。?

一傳感頭2，該傳感頭2為彈性橡膠，成半圓球形狀，光纖布拉格光柵陣列1的柵區部分位于傳感頭2內部，用于起感受外界應力的作用。?

一保護管3，該保護管3為管狀形狀，該保護管3為毛細玻璃管或者毛細鋼管，用于固定光纖布拉格光柵陣列的非柵區部分，起固定和保護作用。?

一支撐體4，該支撐體4為圓柱形狀，可以為硬塑料或剛性材料，保護管3位于支撐體4內部，該支撐體4用于提供整個傳感器的支撐。?