本發(fā)明屬于測量壓力大小的技術領域，具體涉及一種基于懸臂梁的光纖光柵壓力傳感器。

背景技術：

基于光纖光柵的各種功能型傳感器在最近的二十年里獲得了飛速的發(fā)展，極大地推動了光纖通信和傳感技術的發(fā)展。

由于光纖光柵對溫度和應變同時敏感，傳統的光纖光柵傳感器大多數采用多根光纖光柵同時測量來解決溫度-應變交叉敏感問題，這樣設備復雜，開發(fā)成本較高。所以開發(fā)結構簡單的，對溫度不敏感的新型光纖光柵傳感器成為當前研究的熱點。

基于懸臂梁的光纖光柵壓力傳感器，該發(fā)明不但結構簡單，而且能通過一根光纖光柵就能實現傳感器的溫度不敏感，從而節(jié)省了成本，具有很強的創(chuàng)新性和實用價值，有良好的應用前景。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于將光纖光柵分別粘貼在懸臂梁的上表面和側面，當懸臂梁受到壓力大小的變化，光纖會一起發(fā)生形變，從而產生不同的反射光譜，通過測量反射光譜中心波長的偏移量來實現對壓力大小的定標。

本發(fā)明通過以下技術方案實現：基于懸臂梁的光纖光柵壓力傳感器，由底座(1)，懸臂梁(2)，螺釘(3)，第一光纖光柵(4)，第二光纖光柵(5)，3dB耦合器(6)，光譜儀(7)，寬帶光源(8)組成；懸臂梁(2)通過螺釘(3)與底座(1)固定，第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)分別通過粘膠劑粘貼在懸臂梁(2)的上表面和側面，光譜儀(7)和寬帶光源(8)分別通過3dB耦合器(6)與光纖相連，當懸臂梁(2)受壓力大小的變化產生形變，由于第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)分別剛性粘貼在懸臂梁(2)的上表面和側面，會隨著懸臂梁(2)的形變產生兩個不同程度的形變，第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)的中心波長不同，反射光譜中將出現雙峰結構，并隨著壓力大小的變化發(fā)生偏移，通過測量反射光譜光波的相對偏移量來實現對壓力大小的定標，并且通過比較相同溫度下光波的相對偏移量，排除溫度的影響，實現通過一根光纖光柵解決溫度-應變交叉敏感問題。

所述的懸臂梁(2)采用等腰結構設計。

所述的懸臂梁(2)的材料為聚乙烯，梁長為80mm，固定端寬度為20mm，厚度為5mm。

所述的第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)的中心波長分別為1550nm，1570nm。

本發(fā)明的工作原理是：對于等強度懸臂梁，懸臂梁的寬度沿長度l是變化的，固定端寬度為b₀，厚度為h，在梁端施加大小為F的力，距離固定端x處截面的寬度：

b_x＝b₀(1-x/l) (1)

梁截面的抗彎模數為：

梁截面的最大應力：

σ_x＝6Fl/b₀h² (3)

應變：

ε_x＝6Fl/Eb₀h² (4)

當寬帶光通過光纖光柵時，能反射特定波長的光，反射波長：

λ_B＝2n_effΛ (5)

通過改變光纖光柵的有效折射率n_eff和周期Λ，均可改變λ_B。

當溫度不變時，若認為光纖光的拉伸是各向同性且均勻，則λ_B的相對變化和光纖的單位伸長量ε問的關系為：

Δλ_B/λ_B＝(1-P_e)ε (6)

其中P_e為光纖的有效彈光系數，由等強度懸臂梁概念，可得

Δλ/λ＝6F(1-P_e)/h²E*l/b (7)

式中：E為制作懸梁材料的彈性模量。所以當懸臂梁(2)受壓力F大小的變化產生形變，由于第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)分別剛性粘貼在懸臂梁(2)的上表面和側面，會隨著懸臂梁(2)的形變產生兩個不同程度的形變，第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)的中心波長不同，反射光譜中將出現雙峰結構，并隨著壓力大小的變化發(fā)生偏移，通過測量反射光譜中光波的相對偏移量來實現對壓力大小的定標，并且通過比較相同溫度下光波的相對偏移量，排除溫度的影響，實現通過一根光纖光柵解決溫度-應變交叉敏感問題。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的設計中懸臂梁結構傳感器中的梁我們采用等腰結構設計，分別將光纖光柵粘貼在梁的上表面與側表面，梁受壓力大小的作用將發(fā)生形變，由于光纖光柵剛性粘貼在其表面，會隨著梁一起發(fā)生形變，基于我們設計的特殊結構的懸臂梁，光纖光柵將發(fā)生兩個不同程度的形變，從反射光譜中將出現雙峰結構，并隨著壓力大小的變化發(fā)生重疊，通過測量反射光譜光波的偏移量來實現對壓力大小的定標，并且通過比較相同溫度下光波的相對偏移量，排除溫度的影響，這是本項目的創(chuàng)新之處，具有很強的創(chuàng)新性和實用價值，有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是基于懸臂梁的光纖光柵壓力傳感器結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，基于懸臂梁的光纖光柵壓力傳感器，由底座(1)，懸臂梁(2)，螺釘(3)，第一光纖光柵(4)，第二光纖光柵(5)，3dB耦合器(6)，光譜儀(7)，寬帶光源(8)組成，懸臂梁(2)通過螺釘(3)與底座(1)固定，第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)分別通過粘膠劑粘貼在懸臂梁(2)的上表面和側面，光譜儀(7)和寬帶光源(8)分別通過3dB耦合器(6)與光纖相連。本發(fā)明的工作原理是：當懸臂梁(2)受壓力大小的變化產生形變，由于第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)分別剛性粘貼在懸臂梁(2)的上表面和側面，會隨著懸臂梁(2)的形變產生兩個不同程度的形變，第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)的中心波長不同，反射光譜中將出現雙峰結構，并隨著壓力大小的變化發(fā)生偏移，通過測量反射光譜中光波的相對偏移量來實現對壓力大小的定標，并且通過比較相同溫度下光波的相對偏移量，排除溫度的影響，實現通過一根光纖光柵解決溫度-應變交叉敏感問題。