[發明專利]光纖布拉格光柵微位移傳感器及其測量方法

有效

• 申請號: 201310638542.7
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103673895A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 徐軍;羅慕堯;蔣晶;張林秀
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王超

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，尤其是涉及一種圓柱型光纖布拉格光柵微位移傳感器，屬于光纖傳感器件。

背景技術

光纖布拉格光柵微位移傳感器是根據布拉格光柵的應變敏感特性，當布拉格光柵受到軸向應變作用，光柵的空間周期（即光柵柵距）發生變化，布拉格反射波長將會發生變化，通過光譜分析儀可以對中心波長漂移量的進行測量，由此可以檢測出位移變化的大小。由于光纖布拉格光柵傳感器不僅繼承了光纖傳感器的各種優點，如結構簡單、體積小、重量輕、抗干擾、抗腐蝕等，還具有波長編碼、波分復用等優點。

現有的光纖光柵位移傳感器只能檢測出位移的大小，然而位移是矢量，既有大小，也有方向，這就不僅需要能檢測出位移的大小，同時也要反映出位移發生的方向的傳感器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種光纖布拉格光柵微位移傳感器及其測量方法，本發明采取內外殼互相嵌套和差動式測量相結合的方式，不僅提高了傳感靈敏度，而且可以同時判斷出位移發生的方向。

本發明所采用的技術方案是：一種光纖布拉格光柵微位移傳感器，包括外殼、內殼，內殼設置在外殼內部，內殼和外殼之間還設有光纖布拉格光柵。

進一步地，外殼和內殼均采用圓柱形。

進一步地，光纖布拉格光柵設置在彈性膜片上。

進一步地，彈性膜片采用不銹鋼，并在內殼與外殼之間的四個對稱方向上放置。

進一步地，光纖布拉格光柵環繞內殼，并與內殼底面平行。

進一步地，彈性膜片與內殼相接觸，并焊接在外殼上。

光纖布拉格光柵微位移傳感器的測量方法，包括：

外殼受到與水平方向成θ角，大小為h的位移作用之后，通過檢測光纖布拉格光柵的布拉格波長垂直方向漂移量Δλ_MN、水平方向漂移量Δλ_PQ，分別計算得出彈性膜片垂直方向變化量MN、水平方向變化量PQ，然后根據下式計算得出h和θ的大小：

h=MN2+PQ2θ=arctanMNPQ]]>

進一步地，通過檢測得到的Δλ_MN、Δλ_PQ，計算MN、PQ的方法是根據下述兩式：

MN=1/3.5*Δλ_MN

PQ=1/3.5*Δλ_PQ

其中，Δλ_MN、Δλ_PQ的單位為mm，MN、PQ的單位為nm。

本發明的優點：為了實現平面內各個方向微位移的測量，設計了一種新型的圓柱型光纖布拉格光柵微位移傳感器，其采用圓柱型內筒和外殼嵌套的方式，結構簡單，內殼固定，外殼產生位移變化作用于內殼，由于圓柱的對稱性，可以有效感受平面內各個方向的位移。同時引入了差動式測量方法，兩個光纖光柵作為光纖光柵對，根據兩個光纖光柵反射波長變化的差異不僅可以檢測位移的大小，還可以判斷出位移的方向。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖。

圖2是本發明的橫截面示意圖。

圖3是本發明的不銹鋼彈性膜片結構示意圖。

圖4是本發明實施例測量方法的示意圖。

附圖標記說明：

1-圓柱體外殼2-圓柱體內殼3-不銹鋼彈性膜片4-布拉格光柵（FBG）

具體實施方式