專利名稱：光纖光柵位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及位移的測(cè)量，特別涉及光纖光柵位移傳感器。
背景技術(shù)：
光纖在微小拉伸時(shí)，光纖布拉格光柵(以下簡(jiǎn)稱光柵)的波長(zhǎng)與拉伸的微小位移量呈線性關(guān)系。光纖光柵裂縫計(jì)即是通過(guò)一定的裝置，線性放大該微小位移，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部較大位移的測(cè)量。 圖I示意性地給出了現(xiàn)有技術(shù)中裂縫計(jì)的原理圖，如圖I所示，當(dāng)外界具有位移時(shí)，裂縫計(jì)的拉桿抽拉動(dòng)作時(shí)，與拉桿連接斜面則會(huì)引起觸桿的上頂，觸桿上頂又會(huì)引起光柵應(yīng)變梁撓度的變化，該撓度的變化則會(huì)傳遞至光柵，使光柵發(fā)生測(cè)量的波長(zhǎng)變化。光柵應(yīng)變梁彈性范圍內(nèi)小的撓度變化可近似線性，該結(jié)構(gòu)的裂縫計(jì)即通過(guò)斜面-撓度的線性變換，實(shí)現(xiàn)拉桿大位移的測(cè)量。量程為斜面的水平長(zhǎng)度，靈敏度為觸桿處在斜面底部、頂部時(shí)光柵波長(zhǎng)差與量程的比值。由于光纖本身材質(zhì)的原因，在彈性范圍內(nèi)，光柵的拉伸量很小(即波長(zhǎng)變化量很小)。實(shí)際應(yīng)用中，為了保護(hù)光柵不受損壞，裂縫計(jì)中光柵的波長(zhǎng)變化一般控制在4nm左右。目前，光纖行業(yè)中的裂縫計(jì)全部采用單光柵進(jìn)行位移測(cè)量，存在諸多不足，如I、裂縫計(jì)的量程一定時(shí)，靈敏度最大為4nm/量程，無(wú)法再提高；2、保持最大的靈敏度時(shí)，無(wú)法提高量程；3、每一個(gè)量程區(qū)間內(nèi)，靈敏度恒定，不存在多段靈敏度。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本實(shí)用新型提供了一種量程大、靈敏度高的光纖光柵位移傳感器。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的光纖光柵位移傳感器，所述位移傳感器包括至少兩個(gè)光纖光柵，所述光纖光柵的一端固定，另一端分別安裝在不同的應(yīng)變梁上；至少兩個(gè)應(yīng)變梁，所述應(yīng)變梁的一端固定，應(yīng)變梁上具有與斜面接觸的接觸件；斜面；在不同時(shí)刻，至少兩個(gè)應(yīng)變梁上的接觸件在斜面上的位置信息的組合具有不同；當(dāng)外界具有位移時(shí)，所述接觸件在所述斜面上具有相對(duì)移動(dòng)，發(fā)生應(yīng)變的所述應(yīng)變梁使得所述光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變；探頭，所述探頭與所述斜面連接；分析模塊，所述分析模塊根據(jù)所述光纖光柵的應(yīng)變的組合而得到外界位移。根據(jù)上述的位移傳感器，可選地，所述斜面為一個(gè)，所述至少兩個(gè)應(yīng)變梁的接觸件分時(shí)間地處于所述斜面上，或者分別處于所述斜面的不同高度上。根據(jù)上述的位移傳感器，可選地，所述斜面為兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述至少兩個(gè)應(yīng)變梁的接觸件分別能夠在一個(gè)或一個(gè)以上斜面上相對(duì)移動(dòng)。根據(jù)上述的位移傳感器，可選地，在同一時(shí)刻，僅有一個(gè)接觸件處于斜面上，或者不同的接觸件分別處于不同的斜面上。根據(jù)上述的位移傳感器，可選地，所述斜面是平面或曲面。根據(jù)上述的位移傳感器，可選地，所述分析模塊用于根據(jù)所述光纖光柵的應(yīng)變的組合而獲知外界位移所處的量程、靈敏度區(qū)間。根據(jù)上述的傳感方法，可選地，所述斜面是平面或曲面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的有益效果為I、在量程一定的情況下，(成倍地)提高了位移傳感器的靈敏度，不同的結(jié)構(gòu)形式可以提高不同的倍數(shù)；2、在量程范圍內(nèi)，可以將靈敏度分段，不同的量程段對(duì)應(yīng)不同的靈敏度；3、在靈敏度一定的情況下，提高位移傳感器的量程。

參照附圖，本實(shí)用新型的公開內(nèi)容將變得更易理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是這些附圖僅僅用于舉例說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非意在對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。圖中圖I是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中裂縫計(jì)的基本結(jié)構(gòu)圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例1、2的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例I的位移傳感方法的流程圖；圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例3的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例4的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖6是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例4的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖7是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例5的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖8是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例6的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖9是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例7的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖；圖10是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例8的位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
圖2-10和以下說(shuō)明描述了本實(shí)用新型的可選實(shí)施方式以教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)施和再現(xiàn)本實(shí)用新型。為了教導(dǎo)本實(shí)用新型技術(shù)方案，已簡(jiǎn)化或省略了一些常規(guī)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解源自這些實(shí)施方式的變型或替換將在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本實(shí)用新型的多個(gè)變型。由此，本實(shí)用新型并不局限于下述可選實(shí)施方式，而僅由權(quán)利要求和它們的等同物限定。實(shí)施例I :圖2示意性地給出了本實(shí)用新型實(shí)施例的光纖光柵位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，所述傳感器包括至少兩個(gè)光纖光柵，如布拉格光柵，所述光纖光柵的一端固定，另一端分別安裝在不同的應(yīng)變梁上；[0041]至少兩個(gè)應(yīng)變梁，所述應(yīng)變梁的一端固定，應(yīng)變梁上具有與斜面接觸的接觸件；至少一個(gè)接觸件的初始位置處于斜面的底端；所述應(yīng)變梁是本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。斜面；在不同時(shí)刻，至少兩個(gè)應(yīng)變梁上的接觸件在斜面上的位置信息的組合具有不同，也即所述接觸件處于與斜面的相對(duì)位置不同，如同一斜面的不同高度處，或一部分接觸件處于斜面上另一部分處于平面上，或不同斜面的相同高度處，或不同斜面的不同高度處；當(dāng)外界具有位移時(shí)，所述接觸件在所述斜面上具有相對(duì)移動(dòng)，發(fā)生應(yīng)變的所述應(yīng)變梁使得所述光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變；
·[0043]探頭，所述探頭與所述斜面連接；分析模塊，所述分析模塊根據(jù)所述光纖光柵的應(yīng)變的組合而得到外界位移，該位移對(duì)應(yīng)一定的靈敏度。當(dāng)然，所述傳感器還包括光源、分路器和光譜儀，光源發(fā)出的光通過(guò)分路器的一路進(jìn)入光纖，在經(jīng)過(guò)光纖光柵時(shí)，一部分光被原路反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)分路器后被光譜儀接收，即可獲得光纖光柵的波長(zhǎng)變化。這些器件以及具體連接方式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是容易理解的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。圖3示意性地給出了本實(shí)用新型實(shí)施例的光纖光柵位移傳感方法的流程圖。如圖3所示，所述傳感方法包括以下步驟(Al)外界具有位移時(shí)，探頭推動(dòng)斜面運(yùn)動(dòng)，至少兩個(gè)應(yīng)變梁上的接觸件與所述斜面的相對(duì)位置信息的組合發(fā)生變化，，也即所述接觸件處于與斜面的相對(duì)位置不同，如同一斜面的不同高度處，或一部分接觸件處于斜面上另一部分處于平面上，或不同斜面的相同高度處，或不同斜面的不同高度處；從而使得分別與應(yīng)變梁連接的至少兩個(gè)光纖光柵發(fā)生應(yīng)變；(A2)分析所述至少兩個(gè)光纖光柵的應(yīng)變的組合，從而獲知外界位移，該位移對(duì)應(yīng)
一定的靈敏度。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例I達(dá)到的益處在于使用至少兩個(gè)光纖光柵，使得在同樣位移的情況下有不同的波長(zhǎng)變化，從而獲得不同的波長(zhǎng)變化組合，也即不同的靈敏度。實(shí)施例2 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例I的光纖光柵位移傳感器在裂縫計(jì)中的應(yīng)用例。圖2示意性地給出了本實(shí)用新型實(shí)施例的裂縫計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，第一應(yīng)變梁上的第一接觸件從斜面(僅一個(gè)斜平面)的底端滑到頂點(diǎn)時(shí)，安裝在第一應(yīng)變梁上的第一光纖光柵的波長(zhǎng)變化為△ λ ml，也即其最大波長(zhǎng)變化。第二應(yīng)變梁上的第二接觸件從斜面的底端滑到頂點(diǎn)時(shí)，安裝在第二應(yīng)變梁上的第二光纖光柵的波長(zhǎng)變化為△ λπ2，也即其最大波長(zhǎng)變化。上述第一和第二接觸件是一前一后安裝，間距為L(zhǎng)，斜面的正投影的長(zhǎng)度為a，第一接觸件的初始位置為斜面的底端。對(duì)于上述裂縫計(jì),量程為R = L+a,若R > 2L,第一光纖光柵的波長(zhǎng)變化Y1、第二光纖光柵波長(zhǎng)變化I2與探頭位移X的關(guān)系分別為
A O當(dāng)O彡X < L時(shí)，也即量程段為[0，L)，h =-~r-x、y2 = 0，也即組合
R — L(yi，y2)中，，僅有第一接觸件處于斜面上；該量程段內(nèi)的靈敏度為
權(quán)利要求1.光纖光柵位移傳感器，所述位移傳感器包括 至少兩個(gè)光纖光柵，所述光纖光柵的一端固定，另一端分別安裝在不同的應(yīng)變梁上； 至少兩個(gè)應(yīng)變梁，所述應(yīng)變梁的一端固定，應(yīng)變梁上具有與斜面接觸的接觸件； 斜面；在不同時(shí)刻，至少兩個(gè)應(yīng)變梁上的接觸件在斜面上的位置信息的組合具有不同；當(dāng)外界具有位移時(shí)，所述接觸件在所述斜面上具有相對(duì)移動(dòng)，發(fā)生應(yīng)變的所述應(yīng)變梁使得所述光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變； 探頭，所述探頭與所述斜面連接； 分析模塊，所述分析模塊根據(jù)所述光纖光柵的應(yīng)變的組合而得到外界位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位移傳感器，其特征在于所述斜面為一個(gè)，所述至少兩個(gè)應(yīng)變梁的接觸件分時(shí)間地處于所述斜面上，或者分別處于所述斜面的不同高度上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位移傳感器，其特征在于所述斜面為兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述至少兩個(gè)應(yīng)變梁的接觸件分別能夠在一個(gè)或一個(gè)以上斜面上相對(duì)移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的位移傳感器,其特征在于在同一時(shí)刻,僅有一個(gè)接觸件處于斜面上，或者不同的接觸件分別處于不同的斜面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的位移傳感器，其特征在于所述斜面是平面或曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的位移傳感器，其特征在于所述分析模塊用于根據(jù)所述光纖光柵的應(yīng)變的組合而獲知外界位移所處的量程、靈敏度區(qū)間。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種光纖光柵位移傳感器，包括至少兩個(gè)光纖光柵，所述光纖光柵的一端固定，另一端分別安裝在不同的應(yīng)變梁上；至少兩個(gè)應(yīng)變梁，所述應(yīng)變梁的一端固定，應(yīng)變梁上具有與斜面接觸的接觸件；斜面；在不同時(shí)刻，至少兩個(gè)應(yīng)變梁上的接觸件在斜面上的位置信息的組合具有不同；當(dāng)外界具有位移時(shí)，所述接觸件在所述斜面上具有相對(duì)移動(dòng)，發(fā)生應(yīng)變的所述應(yīng)變梁使得所述光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變；探頭，所述探頭與所述斜面連接；分析模塊，所述分析模塊根據(jù)所述光纖光柵的應(yīng)變的組合而得到外界位移。本實(shí)用新型具有測(cè)量量程大、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK202748004SQ20122033008
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者陳建華, 張艷輝, 劉勝利 申請(qǐng)人:聚光科技(杭州)股份有限公司