专利名称：双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，属光电子测量技术 领域。
背景技术：
位移测量是结构检测的重要参量。位移传感器是利用各种元件检测对象物的物理 变化量，通过将该变化量换算为距离，来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。在线测 量可以实时的通过电脑显示出的数据计算出位移的大小，因此在线测量在位移测量中具有 十分重要的意义。本传感器可以实现实时在线测量。目前典型的与本实用新型最接近的文献是刘波，牛文成，杨亦飞，开桂云，董孝义， “基于光纤布喇格光栅传感器的精密位移测量”，《纳米技术与精密工程》，2005年3月第3 卷，第1期。当光纤受压时，必须防止其产生失稳。因此，在该文献未涉及对光纤光栅的外 部进行适当的保护，保证其在调谐过程中不发生弯曲。另外与本方案接近的文献还有“差动 式光纤Bragg光栅沉降仪”。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能在线测量位移的双悬臂梁式光纤Bragg光栅 位移传感器，本实用新型结构将金属杆产生的位移转换为对光纤Bragg光栅峰值波长移位 的调制，实现了位移的在线测量，实现对位移和温度的同时测量。本实用新型的目的是这样实现的这种双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器， 包括光纤Bragg光栅、等强度悬臂梁、楔形块、套管、圆柱形金属筒、金属杆、引出光纤、弹 簧；楔形块和两只等强度悬臂梁被封装在圆柱形金属筒内，楔形块的中间有一金属杆穿过， 金属杆的两端都套有套管，楔形块的梯形顶面与弹簧相连接，两个等强度悬臂梁的自由端 为球形，分别与楔形块的两个梯形面相接触，光纤Bragg光栅粘贴于等强度悬臂梁表面并 引出圆柱形金属筒。金属杆上通过楔形块将位移传递给等强度悬臂梁，从而导致粘贴在等 强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位。为了保证测量的双向性或初始 的有效性，在光纤Bragg光栅标定的零点位置，这两个等强度悬臂梁已预留了一定的挠度 值。光纤Bragg光栅与信号处理装置光连接。本实用新型结构将金属杆产生的位移转换为 对光纤Bragg光栅峰值波长移位的调制。这种双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，金属杆产生位移，该位移被粘贴于 等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅所测量。楔形块的顶边与弹簧相连接，弹簧起到回零的作用。楔形块、等强度悬臂梁、弹簧、金属杆和光纤Bragg光栅被封装在一个金属圆柱筒 内部，以保障安装在其内的楔形块和等强度悬臂梁只受到金属杆的作用。为了解决光纤Bragg光栅在应变测量时由于短时间内的温度变化引起的应变、温 度交叉敏感问题，本实用新型采用现有的差动温度补偿方法来解决这个问题，具体实施方案是将等强度悬臂梁上下两面都粘贴Bragg光栅，温度变化引起的两个光纤Bragg光栅的 位移变化是相同，而应力引起的两个光纤Bragg光栅的位移变化是大小相同方向相反的， 假设上面Bragg光栅的波长移位为λ i，它是温度和应力共同一起的，既λ i = λ力+λ温，同 理下面Bragg光栅的波长移位λ2= λ λ力，将两个光纤Bragg光栅的波长移位λ^λ2 相减，可以去掉温度对光纤Bragg光栅的影响，λ「λ2 = 2λ力，这种方法解决了应变、温度 交叉敏感问题，从而提高了灵敏度。本实用新型的工作机理参见附图
，楔形块通过金属杆将位移传递给等强度悬臂 梁，从而导致粘贴在等强度悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位，光纤 Bragg光栅与信号处理装置光连接，将金属杆产生的位移转换为对光纤Bragg光栅的峰值 波长移位调制。本实用新型的主要性能当封装好的双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的金 属杆产生位移d时，等强度悬臂梁(6)所产生的扰度h h = d. tan θ(1)式中，2 θ为楔形块的顶角，等强度悬臂梁(6)所受的应变量ε为
权利要求1.一种双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，包括光纤Bragg光栅(1)、等强度悬 臂梁⑵、楔形块⑶、套管(4)、圆柱形金属筒(5)、金属杆(6)、引出光纤(7)、弹簧(8)；其 特征是楔形块C3)和两只等强度悬臂梁( 被封装在圆柱形金属筒(5)内，楔形块(3)的 中间有一金属杆(6)穿过，金属杆(6)的两端都套有套管G)，楔形块(3)的梯形顶面与弹 簧(8)相连接，两个等强度悬臂梁( 的自由端为球形，分别与楔形块C3)的两个梯形面相 接触，光纤Bragg光栅粘贴于等强度悬臂梁(2)表面并引出圆柱形金属筒(5)。
2.根据权利要求1所述的双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，其特征是金属杆 (6)产生位移，该位移被粘贴于等强度悬臂梁( 表面的光纤Bragg光栅(1)所测量。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，其特 征在于楔形块(3)的顶边与弹簧(8)相连接。
4.根据权利要求1或权利要求2、3所述的双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，其 特征在于楔形块(3)、等强度悬臂梁O)、弹簧(8)、金属杆(6)和光纤Bragg光栅(1)被 封装在一个金属圆柱筒(5)内部。
5.根据权利要求1、或2、或3、或4中任一所述的双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感 器，其特征在于等强度悬臂梁O)的上下两面都粘贴Bragg光栅。
专利摘要本实用新型涉及一种双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器，其中，楔形块和两只等强度悬臂梁被封装在圆柱形金属筒内，楔形块的中间有一金属杆穿过，金属杆的两端都套有套管，楔形块的梯形顶面与弹簧相连接，两个等强度悬臂梁的自由端为球形，分别与楔形块的两个梯形面相接触。当金属杆产生位移时，会带动楔形块产生相应的位移，并促使等强度悬臂梁的自由端产生扰度变化，从而导致粘贴于等强度悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位。本实用新型结构将金属杆产生的位移转换为对光纤Bragg光栅峰值波长移位的调制。实现了位移的在线测量，实现对位移和温度的同时测量。
文档编号G01B11/02GK201844820SQ201020595900
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者李伟, 李川 申请人:昆明理工大学