专利名称：光纤应变传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应变传感器，尤其涉及一种光纤应变传感器。
背景技术：
传统的应变传感器是以应变-电量为基础，以电信号为转换及传输的载体，用导线传输电信号，因此，使用时易受到电磁场和环境的影响，如环境湿度太大可能引起短路，特别是高温和易燃、易爆环境中易引起火灾等等。研究发现，当光纤光栅的应变发生改变时，光栅有效折射率和光栅周期会改变，从 而导致光纤光栅的中心波长也会发生改变，例如对于中心波长为1550nm附近的光纤光栅，I个微应变(即I μ ε )将引起约Ipm的波长变化，通过测定光纤光栅中心波长的变化，即可推倒出应变的变化，从而可以构成一种新型的光纤光栅应变传感器。较之以应变-电量为基础的传统应变传感器，光纤光栅应变传感器的抗干扰特性较强，因此，目前广泛应用于民用工程结构、航空航天业、船舶航运业、电力工业、石油化工业、医学、核工业等行业，尤其是在高电压、强电磁场、易燃易爆的恶劣环境中具有很强的应用优势。由于自身结构的局限性，目前普通光纤光栅应变传感器的测量范围一般在O 2500 μ ε左右，但在很多场合，如火箭发动机固体推进剂，直升机旋翼等，待测量的应变量可能在10000 μ ε左右甚至更高，因此现有的光纤光栅应变传感器的测量范围无法满足测量要求。此外。由于光纤光栅的波长漂移通常要受到温度的影响，从而导致其测量准确度偏低，测量误差大(一般在5% 10%左右)。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种量程大且误差小的光纤应变传感器。为达到上述目的，本实用新型提供了一种光纤应变传感器，包括管壳，所述管壳的两端分别安装有一个端盖，所述管壳内设有光纤光栅，所述光纤光栅包括连为一体的第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一光纤光栅的两端分别对应固定在两个所述端盖上且预张紧，其用于检测因受外力作用引起的应变和因环境温度引起的应变，所述第二光纤光栅固定于其中一个所述端盖上，其用于检测因环境温度引起的应变，所述第一光纤光栅的自由端和所述第二光纤光栅的自由端伸出对应的端盖外，所述管壳内安装有应变减敏梁，所述应变减敏梁由中间固定部和与其两侧连接的两个镜像对称的边缘应变减敏部构成，所述中间固定部固定于所述管壳的内壁上，两个所述边缘应变减敏部的自由端与所述第一光纤光栅固定连接，且两个所述边缘应变减敏部与所述第一光纤光栅的粘接点之间的光纤光栅长度是所述中间固定部横向长度的数倍。本实用新型的光纤应变传感器中，由于两个边缘应变减敏部与第一光纤光栅的粘接点之间的光纤光栅长度是中间固定部横向长度的数倍(假设为N倍)，则光纤应变传感器通过其应变减敏梁传递到光纤光栅上的应变，为被测物应变的1/Ν，因此，本实用新型的光纤应变传感器使用应变减敏梁可以较好的保护光纤光栅，并且提高光纤应变传感器的测量范围。而由于第一光纤光栅的中心波长漂移同时受到应变和环境温度的影响，其测出的应变包括因受外力作用引起的应变和因环境温度引起的应变，而第二光纤光栅其中心波长飘移不受应变影响，只受环境温度影响，其测出的应变为因环境温度引起的应变，并且，第一光纤光栅和第二光纤光栅同在管壳内，它们所处的环境温度一致，因此，将第一光纤光栅的测得应变减去第二光纤光栅的测量的因环境温度引起的应变，能消除温度变化引起的测量误差，从而可以提高测量准确度。
图I为本实用新型的光纤应变传感器的主视剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细描述参考图I所示，本实施例的光纤应变传感器包括管壳1，管壳I的两端分别粘结有 一个端盖2,管壳I内设有光纤光栅3,该光纤光栅3是由连为一体的第一光纤光栅31和第二光纤光栅32构成的双光栅光纤,第一光纤光栅31的两端分别对应粘接固定在两个端盖2上且预张紧，其用于检测因受外力作用引起的应变和因环境温度引起的应变，第二光纤光栅32粘接固定于其中一个端盖2上，其用于检测因环境温度引起的应变，第一光纤光栅31和第二光纤光栅32,第一光纤光栅31的自由端和第二光纤光栅32的自由端伸出对应的端盖2外，管壳I内壁上固定安装有应变减敏梁4，该应变减敏梁4是由一厚度为O. 25 O. 5mm的条形不锈钢板弯折而成的一体结构，其包括中间固定部41和与其两侧连接的两个镜像对称的边缘应变减敏部42，其中，中间固定部41为矩形平底槽结构，而两个边缘应变减敏部42为两个镜像对称的阶梯型结构，中间固定部41粘接固定于管壳I的内壁上，两个边缘应变减敏部42的自由端与第一光纤光栅31粘接固定。为保证应变减敏达到要求，两个边缘应变减敏部42与第一光纤光栅31的粘接点之间的光纤光栅长度是中间固定部41横向长度的5倍(也可以根据实际量程需要适当改变倍数)。为了提高应变减敏效果，管壳I与两个端盖2围成的内腔内填充满光纤填充油膏5。此外，两个端盖2的外侧空隙填充满防水密封胶6,以保护光纤光栅3。假设当被测物受拉力发生形变时，应变量为ε，由于中间固定部41的底部通过管
壳I与被测物连接在一起，则中间固定部41同时产生应变= 其中，L为中
间固定部41的原长度，L’为发生形变时中间固定部41的长度，AL为形变量，应变减敏梁4除中间固定部41外其余部分由于未与管壳I接触，因此均未发生形变，即应变减敏梁4整体变形量为AL，假设两个边缘应变减敏部42之间的光纤光栅的应变为ε ’ 贝丨Js’ = (Ly — L/) / Lf= AL / Lj=AL/5L
「I] AL=---
5 L
权利要求1.一种光纤应变传感器，包括管壳(I )，所述管壳(I)的两端分别安装有一个端盖(2),所述管壳(I)内设有光纤光栅(3)，其特征在于，所述光纤光栅(3)包括连为一体的第一光纤光栅(31)和第二光纤光栅(32)，所述第一光纤光栅(31)的两端分别对应固定在两个所述端盖(2)上且预张紧，其用于检测因受外力作用引起的应变和因环境温度引起的应变，所述第二光纤光栅(32)固定于其中一个所述端盖(2)上，其用于检测因环境温度引起的应变，所述第一光纤光栅(31)的自由端和所述第二光纤光栅(32)的自由端伸出对应的端盖(2)外，所述管壳(I)内安装有应变减敏梁(4)，所述应变减敏梁(4)由中间固定部(41)和与其两侧连接的两个镜像对称的边缘应变减敏部(42)构成，所述中间固定部(41)固定于所述管壳(I)的内壁上，两个所述边缘应变减敏部(42 )的自由端与所述第一光纤光栅(31)固定连接，且两个所述边缘应变减敏部(42)与所述第一光纤光栅(31)的粘接点之间的光纤光栅长度是所述中间固定部(41)横向长度的数倍。
2.根据权利要求I所述的光纤应变传感器，其特征在于，两个所述边缘应变减敏部(42)沿所述管壳(I)径向的长度之和是所述中间固定部(41)沿所述管壳(I)径向的长度的5倍。
3.根据权利要求I所述的光纤应变传感器，其特征在于，所述应变减敏梁(4)是由一条形不锈钢板弯折而成的一体结构，所述中间固定部(41)为矩形平底槽结构，两个所述边缘应变减敏部(42)为两个镜像对称的阶梯型结构。
4.根据权利要求3所述的光纤应变传感器，其特征在于，所述条形不锈钢板的厚度在O.25 O. 5mm。
5.根据权利要求I所述的光纤应变传感器，其特征在于，所述管壳(I)与两个所述端盖(2)围成的内腔内填充满光纤填充油骨(5)。
6.根据权利要求5所述的光纤应变传感器，其特征在于，两个所述端盖(2)的外侧空隙填充满防水密封胶(6)。
专利摘要本实用新型公开了一种光纤应变传感器，包括管壳，管壳的两端分别安装有一个端盖，管壳内设有光纤光栅，光纤光栅包括连为一体的第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅的两端分别对应固定在两个端盖上且预张紧，第二光纤光栅固定于其中一个端盖上，第一光纤光栅的自由端和第二光纤光栅的自由端伸出对应的端盖外，管壳内安装有应变减敏梁，应变减敏梁由中间固定部和与其两侧连接的两个镜像对称的边缘应变减敏部构成，中间固定部固定于管壳的内壁上，两个边缘应变减敏部的自由端与第一光纤光栅固定连接，且两个边缘应变减敏部与第一光纤光栅的粘接点之间的光纤光栅长度是中间固定部横向长度的数倍。该光纤应变传感器的量程大、准确度高。
文档编号G01B11/16GK202614195SQ201220206500
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者孙兵, 朱涛, 张丽, 叶扬高, 张万成 申请人:中国电子科技集团公司第八研究所