[發明專利]一種基于柔性鉸鏈的高靈敏光纖光柵應變傳感器

有效

• 申請號: 201710040819.4
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106705877B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 宋涵;劉明堯;駱志杰;王文治
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉秋芳

本發明公開了一種基于柔性鉸鏈的高靈敏光纖光柵應變傳感器，包括彈性應變基片和光纖光柵串，所述彈性應變基片包括橫梁、彈性應變單元、固定端、位移放大機構，所述橫梁的兩端分別通過彈性應變單元與固定端相連，構成溫度補償機構，所述位移放大機構沿橫向軸線對稱布設在橫梁的上下兩側，所述光纖光柵串包括應變測量光柵和溫度補償光柵，所述應變測量光柵位于彈性應變基片的縱向軸線位置，安設在兩縱向位移臂上，所述溫度補償光柵的兩端位于彈性應變基片的橫向軸線位置，安設在橫梁上。本發明具有應變靈敏度大、結構簡單小巧、可靠性高、易于安裝并能有效消除溫度漂移的優點，適用于各類機械結構中小量程范圍的高精度應變測量。

技術領域

本發明涉及光纖傳感器技術領域，具體涉及一種基于柔性鉸鏈的高靈敏光纖光柵應變傳感器，尤其適用于各類機械結構中應變量的高精度測量。

背景技術

光纖光柵具有體積小、重量輕、防爆、對電絕緣、抗電磁干擾、可靠性高、環境適應性好，且在單根光纖上可以布置多個針對不同參數的測量光柵形成分布式傳感器的特點，因此成為光纖傳感領域的研究熱點之一。光纖光柵應變傳感器是利用光柵應變量與布拉格波長間的關系進行應變測量，目前在橋梁、大壩、礦山及電站等大型工程的健康監測和安全預警領域得到了廣泛的應用。

近年來，光纖光柵應變傳感器向其他應用領域迅速發展，其中包括如機床結構、齒輪箱系統、飛機機翼及衛星太陽能板等機械結構的變形監測與運行維護。以上這些機械結構往往設計剛度高、變形量小，相對于大型工程建筑其測量點的應變測量范圍窄、應變幅值小，需要傳感器具有較大的應變靈敏度。并且一些特殊的復雜機械結構內部空間有限，對傳感器的尺寸大小以及安裝操作空間有嚴格要求。

目前，光纖光柵應變傳感器的封裝主要包括了管式、嵌入式和基片式封裝結構。其中管式封裝主要適用于建筑中埋入安裝，一般尺寸較大，難以安裝在機械結構表面進行應變測量。嵌入式封裝通過將裸光柵直接嵌入其它有機聚合物粘接劑基體安裝到待測表面，但是由于聚合物基體的應變對傳遞效率造成損失，其應變靈敏度要小于裸光纖光柵。中國發明專利公開號為CN101571380提供的基片式封裝方案中，將光纖光柵固定在具有平板彈簧結構的金屬基片上，使傳感器兩端可以承受較大應變(±2500με)，此方案可以實現大量程范圍的應變傳感，但是沒有對光纖光柵的應變靈敏度作出相應改善，難以適用于機械結構中的小應變測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種結構緊湊，測量精度高的基于柔性鉸鏈的高靈敏光纖光柵應變傳感器。

本發明所采用的技術方案為：一種基于柔性鉸鏈的高靈敏光纖光柵應變傳感器，其特征在于：包括彈性應變基片和光纖光柵串，所述彈性應變基片具有縱向軸線和橫向軸線，且分別沿縱向軸線和橫向軸線對稱設置，包括橫梁、彈性應變單元、固定端、位移放大機構，所述橫梁的兩端分別通過彈性應變單元與固定端相連，構成溫度補償機構，所述位移放大機構沿橫向軸線對稱布設在橫梁的上下兩側，所述位移放大機構包括一縱向位移臂和兩個轉動連接臂，所述縱向位移臂的兩端分別通過第二柔性鉸鏈對稱連接轉動連接臂，所述兩轉動連接臂的外端頭分別通過第一柔性鉸鏈與對應的固定端相連，所述第一柔性鉸鏈的中心線和第二柔性鉸鏈的中心線呈一定夾角布設，所述光纖光柵串包括應變測量光柵和溫度補償光柵，所述應變測量光柵位于彈性應變基片的縱向軸線位置，安設在兩縱向位移臂上，所述溫度補償光柵的兩端位于彈性應變基片的橫向軸線位置，安設在橫梁上。

按上述技術方案，所述彈性應變單元為O型彈性應變單元。

按上述技術方案，所述應變測量光柵在預應力拉直狀態下固定到兩縱向位移臂上。

按上述技術方案，所述溫度補償光柵在自由彎曲狀態下固定到橫梁兩端。

按上述技術方案，所述溫度補償光柵和應變測量光柵分別采用玻璃焊料焊接在彈性應變基片上。