大量程光纤光栅应变传感器

摘要

大量程光纤光栅应变传感器，它包括一个金属薄片式的平板弹簧(1)，位于平板弹簧(1)纵轴线上细槽(11)内的光纤光栅(2)，所述光纤光栅(2)的两端固定于平板弹簧(1)的对应位置上。它克服了现有的应变传感器容易发生塑性变形、屈服、乃至断裂的缺点。本发明通过采用平板弹簧结构，实现对大量程应变(±2500με)的测量。通过结构的转换作用，有效降低直接作用在基底材料上的应变，从而提高传感器可测量应变的范围。

权利要求

1.大量程光纤光栅应变传感器，它包括一个金属薄片式的平板弹簧(1)，位于平板弹簧(1)纵轴线上细槽(11)内的光纤光栅(2)，所述光纤光栅(2)的两端固定于平板弹簧(1)的对应位置上；其特征在于所述平板弹簧(1)包括位于中部的平板结构(12)，位于平板结构(12)两端的环状平面弹簧(13)，及位于平板弹簧(1)两端的固定段(14)，所述的平板结构(12)、环状平面弹簧(13)和固定段(14)为一体式结构。

2.根据权利要求1所述的大量程光纤光栅应变传感器，其特征在于所述光纤光栅(2)的两端通过胶粘(18)或将光纤光栅(2)金属化后通过点焊的形式固定于平板弹簧(1)对应位置上。

3.根据权利要求1所述的大量程光纤光栅应变传感器，其特征在于所述环状平面弹簧(13)的两端通过弧形过渡段(15)与平板结构(12)和固定段(14)连接。

4.根据权利要求1所述的大量程光纤光栅应变传感器，其特征在于所述固定段(14)上有安装孔(16)。

说明书

大量程光纤光栅应变传感器

技术领域

[0001] 本发明属于传感技术领域，更具体地说它是一种大量程光纤光栅应变传感器。

背景技术

[0002] 光纤光栅是近年来在光纤通信和光纤传感等领域发展极为迅速的光无源器件。基于光纤光栅研制的应变传感器，具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射等优点，能够满足在土木工程、航天、石油工业等恶劣工作环境中的测量需要。由于其传感信号直接调制于光波波长，因而不受光强强度起伏、连接损耗及光纤弯曲损耗等影响，稳定性好，测量精度高；此外，其具有可波分复用的特点，因此多个光纤光栅可以组成准分布式传感系统，只要采用一根光缆，即可实现多个传感器的准分布式测量。

[0003] 在光纤光栅应用于应变测量时，通常需要采用一定的结构预先对光纤光栅进行封装，以保证传感器各特性参数的稳定，同时也对相对比较脆弱的光纤光栅提供必要的保护。目前，光纤光栅应变传感器的封装方式主要有基片式、嵌入式和管式封装等。这些封装方式一般采用金属材料，具有价格低廉、结构简单、易于安装等优点。但在对大量程应变(如±2500με)进行测量时却存在缺陷，主要体现在：应变是通过以上封装方式所采用的基底材料传递给光纤光栅的，而目前普通钢材的屈服点σs有限(约为200MPa)，因此所能测量的应变也是有限的(约为1000με)，当所测量的应变大于其屈服极限时，钢材基底就会发生塑性变形、屈服、乃至断裂，从而使应变传感器遭到破坏，无法继续完成测量任务，而选用高屈服点的材料又必将大大提高成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种大量程光纤光栅应变传感器。

[0005] 本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：大量程光纤光栅应变传感器，其特征是：它包括一个金属薄片式的平板弹簧，位于平板弹簧纵轴线上细槽内的光纤光栅，所述光纤光栅的两端固定于平板弹簧的对应位置上。

[0006] 在上述技术方案中，所述平板弹簧包括位于中部的平板结构，位于平板结构两端的环状平面弹簧，及位于平板弹簧两端的固定段，所述的平板结构、环状平面弹簧和固定段为一体式结构。

[0007] 在上述技术方案中，所述光纤光栅的两端通过胶粘或将光纤光栅金属化后通过点焊的形式固定于平板弹簧对应位置上。

[0008] 在上述技术方案中，所述环状平面弹簧的两端通过弧形过渡段与平板结构和固定段连接。

[0009] 在上述技术方案中，所述固定段上有安装孔。

[0010] 本发明大量程光纤光栅应变传感器通过采用平板弹簧结构，实现对大量程应变(±2500με)的测量。通过结构的转换作用，有效降低直接作用在基底材料上的应变，从而提高传感器可测量应变的范围。

附图说明

[0011] 图1为本发明大量程光纤光栅应变传感器的结构示意图。

[0012] 图中1.平板弹簧，2.光纤光栅，11.细槽，12.平板结构，13.环状平面弹簧，14.固定段，15.弧形过渡段，16.安装孔，17.引出的光纤光栅，18.胶粘或点焊。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚的容易理解。

[0014] 参阅图1可知：本发明为一种大量程光纤光栅应变传感器，它包括一个金属薄片式的平板弹簧1，位于平板弹簧1纵轴线上细槽11内的光纤光栅2，光纤光栅2的两端固定于平板弹簧1的对应位置上。

[0015] 平板弹簧1包括位于中部的平板结构12，位于平板结构12两端的环状平面弹簧13，及位于平板弹簧1两端的固定段14，所述的平板结构12、环状平面弹簧13(可以采用一个弹簧，也可以采用多个串联的弹簧)和固定段14为一体式结构。对光纤光栅2施加一定的预紧力后，光纤光栅2的两端通过胶粘18或将光纤光栅2金属化后以点焊的形式固定于平板弹簧1对应位置上(也可以采用其它形式的固定方式)。环状平面弹簧13的两端通过弧形过渡段15(这种过渡方式可防止应力集中)与平板结构12和固定段14连接。固定段
14上有安装孔16。引出的光纤光栅17可与光源连接或与其他光纤光栅传感器串联。

[0016] 使用时可利用点焊的方式或者用螺钉通过固定段14上的安装孔16将传感器两端固定于测量位置上，工作时结构的应变通过固定点传递到环状平面弹簧13上，由于环状平面弹簧13的变形较大，因此能有效降低作用在金属材料上的应变，通过调整环状平面弹簧13的尺寸大小，可改变其所能测量的应变幅度；而光纤光栅4的应变则与所测量结构在该位置上的应变大小一致。

[0017] 平板弹簧的尺寸约为28mm(平板弹簧1的长度)×8mm(平板结构12的宽度)×1mm(平板弹簧1的厚度)。

[0018] 需要说明的是：对于所属领域的专业技术人员来说，在不改变本发明原理的前提下，还可以对本发明做出若干改变和变形，这同样属于本发明的保护范围。