[實(shí)用新型]一種大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920902604.3
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN209945269U
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于棟友;閆正
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍山峰瀾科技有限公司
• 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

本實(shí)用新型公開了一種大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器，包括寬帶光源、3dB耦合器、傳輸光纖、大量程光纖光柵傳感頭以及光譜儀；所述的光纖光柵傳感頭由光纖布拉格光柵、彈簧、一片金屬片以及兩個金屬臺構(gòu)成；當(dāng)大應(yīng)變產(chǎn)生時，拉伸彈簧使彈簧發(fā)生形變，從而使得傳遞到金屬片上的應(yīng)變量成比例減小，光纖布拉格光柵隨金屬片的應(yīng)變拉伸而拉伸，光柵的周期和纖芯模的有效折射率將會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使光柵的中心波長發(fā)生漂移，通過對光線布拉格光柵的中心波長漂移量的檢測來獲得金屬片受到的應(yīng)變量的大小，從而得出原應(yīng)變的大小，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的大量程測量；本實(shí)用新型大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器具有可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的大量程測量的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器。

背景技術(shù)

光纖光柵是通過強(qiáng)激光照射使其纖芯內(nèi)的縱向折射率呈周期性變化，從而形成的衍射光柵。其基本原理是將光纖特定位置制成折射率周期分布的光柵區(qū)，于是特定波長的光波在這個區(qū)域內(nèi)將被反射。光纖光柵不僅具有高靈敏度、抗電磁干擾、插入損耗低、體積小、質(zhì)量輕、化學(xué)穩(wěn)定、本質(zhì)防爆、耐腐蝕、無源等特點(diǎn)，還具有對波長絕對編碼的特點(diǎn)，克服了強(qiáng)度調(diào)制傳感器必須采取措施以補(bǔ)償光源輸出功率波動、光纖連接和耦合器的損耗而影響測量結(jié)果的弱點(diǎn)。

彈簧在外力作用下能產(chǎn)生較大的彈性變形，在機(jī)械設(shè)備中被廣泛用作彈性元件。具有控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動或零件的位置、緩沖吸振、存儲能量、測量力的大小等功能。根據(jù)承受載荷的不同彈簧分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等。根據(jù)彈簧形狀的不同分為螺旋彈簧、蝶形彈簧、環(huán)形彈簧、盤簧、板彈簧等。彈簧的材料主要有碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、硅青銅、錫青銅等非鐵金屬和非金屬彈伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等。根據(jù)彈簧形狀的不同分為螺旋彈簧、蝶形彈簧、環(huán)形彈簧、盤簧、板彈簧等。彈簧的材料主要有碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、硅青銅、錫青銅等非鐵金屬和非金屬彈屬具有導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、減摩耐磨、耐潮濕、耐腐蝕等特殊性能，但強(qiáng)度低于彈簧鋼絲。非金屬彈簧材料主要有橡膠、塑料、軟木及空氣等。

目前，地質(zhì)災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失對很多發(fā)展中國家的發(fā)展造成了很大威脅，由于地質(zhì)災(zāi)害的影響，不僅造成了人們生活水平的下降，還造成了環(huán)境污染與破壞，對社會的可持續(xù)發(fā)展造成了很大的不利影響。由此可見對地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測工作刻不容緩，而遙感技術(shù)憑借著時效性好、宏觀性強(qiáng)的優(yōu)勢，成為當(dāng)前對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查、監(jiān)測與防治的主要方式。但是，遙感技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)大范圍地面信息的獲取，形成整體地面面貌，卻無法對地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度的具體數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測，而光纖光柵傳感器因其獨(dú)有的優(yōu)勢，可以通過鑲嵌在山體、地表內(nèi)部實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測，從而克服遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測方面的不足。

但是，現(xiàn)有的光纖光柵應(yīng)變傳感器由單個光纖光柵構(gòu)成，而光纖光柵所能承受的最大應(yīng)變量極小，因此無法滿足地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的大量程應(yīng)變測量。針對上述問題，我們提出了一種大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器，其利用彈簧可以通過自身形變來成比例減小所傳遞應(yīng)變量的特性，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的大量程測量。該傳感器具有可成比例減小所傳遞應(yīng)變量的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足大量程應(yīng)變測量的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的無法對應(yīng)變進(jìn)行大量程測量的不足，提供了一種大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器，該傳感器具有可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的大量程測量的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

一種大量程光纖光柵應(yīng)變傳感器，包括寬帶光源、3dB耦合器、傳輸光纖、大量程光纖光柵傳感頭以及光譜儀。

所述的3dB耦合器包含三個端口，其中一側(cè)的兩個端口中的一個與寬帶光源相連，另一個與光譜儀輸入端相連；另一側(cè)的端口通過傳輸光纖與大量程光纖光柵傳感頭相連。

所述的光纖光柵傳感頭由光纖布拉格光柵、彈簧、一片金屬片以及兩個金屬臺構(gòu)成，其中光纖布拉格光柵粘在金屬片上，金屬片的一側(cè)與彈簧相連，另一側(cè)固定在金屬臺上；彈簧的另一側(cè)固定在另一個金屬臺上。