光纤布拉格光栅微位移传感器及其测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种光纤布拉格光栅微位移传感器及其测量方法，该光纤布拉格光栅传感器由圆柱型内壳，外壳构成，在内壳与外壳之间的四个对称方向上放置四块不锈钢弹性膜片，弹性膜片与外壳接触的地方焊接固定，利用四块弹性膜片的压力将外壳固定在内壳上，四块弹性膜片上都粘有光纤布拉格光栅，光纤光栅水平放置，内壳固定，外壳受到外部微位移变化的作用，外壳与内壳相对位置发生变化，膜片的发生形变，带动上面的布拉格光栅发生形变，光纤布拉格光栅波长发生漂移。由于四块膜片的形变各异，可以通过分析四只布拉格光栅的波长漂移情况判断位移变化的大小和方向。
【专利说明】光纤布拉格光栅微位移传感器及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤传感【技术领域】，尤其是涉及一种圆柱型光纤布拉格光栅微位移传感器，属于光纤传感器件。
【背景技术】
[0002]光纤布拉格光栅微位移传感器是根据布拉格光栅的应变敏感特性，当布拉格光栅受到轴向应变作用，光栅的空间周期(即光栅栅距)发生变化，布拉格反射波长将会发生变化，通过光谱分析仪可以对中心波长漂移量的进行测量，由此可以检测出位移变化的大小。由于光纤布拉格光栅传感器不仅继承了光纤传感器的各种优点，如结构简单、体积小、重量轻、抗干扰、抗腐蚀等，还具有波长编码、波分复用等优点。
[0003]现有的光纤光栅位移传感器只能检测出位移的大小，然而位移是矢量，既有大小，也有方向，这就不仅需要能检测出位移的大小，同时也要反映出位移发生的方向的传感器。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种光纤布拉格光栅微位移传感器及其测量方法，本发明采取内外壳互相嵌套和差动式测量相结合的方式，不仅提高了传感灵敏度，而且可以同时判断出位移发生的方向。
[0005]本发明所米用的技术方案是:一种光纤布拉格光栅微位移传感器，包括外壳、内壳，内壳设置在外壳内部，内壳和外壳之间还设有光纤布拉格光栅。
[0006]进一步地，外壳 和内壳均采用圆柱形。
[0007]进一步地，光纤布拉格光栅设置在弹性膜片上。
[0008]进一步地，弹性膜片采用不锈钢，并在内壳与外壳之间的四个对称方向上放置。
[0009]进一步地,光纤布拉格光栅环绕内壳,并与内壳底面平行。
[0010]进一步地，弹性膜片与内壳相接触，并焊接在外壳上。
[0011]光纤布拉格光栅微位移传感器的测量方法，包括:
[0012]外壳受到与水平方向成e角，大小为h的位移作用之后，通过检测光纤布拉格光栅的布拉格波长垂直方向漂移量△ Xmn、水平方向漂移量△ Xpq，分别计算得出弹性膜片垂直方向变化量MN、水平方向变化量PQ，然后根据下式计算得出h和0的大小:
【权利要求】
1.光纤布拉格光栅微位移传感器，其特征在于:包括外壳(I)、内壳(2),内壳(2)设置在外壳(I)内部，内壳(2)和外壳(I)之间还设有光纤布拉格光栅(4)。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:外壳(I)和内壳(2)均采用圆柱形。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:光纤布拉格光栅(4)设置在弹性膜片(3)上。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于:弹性膜片(3)采用不锈钢，并在内壳(2)与外壳(I)之间的四个对称方向上放置。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于:光纤布拉格光栅(4)环绕内壳(2),并与内壳(2)底面平行。
6.根据权利要求3或4所述的传感器，其特征在于:弹性膜片(3)与内壳(2)相接触，并焊接在外壳(I)上。
7.光纤布拉格光栅微位移传感器的测量方法，其特征在于包括: 外壳(I)受到与水平方向成Θ角，大小为h的位移作用之后，通过检测光纤布拉格光栅(4)的布拉格波长垂直方向漂移量Λ λΜ、水平方向漂移量Λ Xpq，分别计算得出弹性膜片(3)垂直方向变化量MN、水平方向变化量PQ，然后根据下式计算得出h和Θ的大小:
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:通过检测得到的ΛλΜ、Δ Apq，计算丽、PQ的方法是根据下述两式:
ΜΝ=1/3.5*Λ 入丽
PQ=l/3.5*Λ λΡ(3 其中，Δ λ MN、Δ λ pq的单位为臟，丽、PQ的单位为nm。
【文档编号】G01B11/02GK103673895SQ201310638542
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】徐军, 罗慕尧, 蒋晶, 张林秀 申请人:华中科技大学