一种光纤光栅位移传感器的制作方法

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤光栅位移传感器。

背景技术

位移监测是结构健康监测中最基本的测量项目之一，对位移的实时监测在机械装备、土木工程等重大结构的变形、开裂、滑动监测中起到重要作用。目前，位移监测方面应用最多的是传统的电类传感器，但是电类传感器存在易受电磁干扰、稳定性差、难以长期实时监测及易受复杂恶劣的野外工作环境影响等缺点，对于位移变形测量中难以保证测量精度，且不具备远距离监测及数据传输功能，导致电类传感器的应用受到了极大限制。因此，亟待研发高灵敏度、抗电磁干扰能力强、适应复杂恶劣环境的可长期实时监测的位移传感器。

在此情况下，光纤光栅传感器应运而生。光纤光栅利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅。由于特有的优点，光纤光栅被广泛应用于传感器的设计。现有的光纤光栅传感器存在下列问题：直拉光栅，将光栅一端固定，另一端连接到移动端，但此法量程非常小(0.6mm)，且很容易拉断光栅；悬臂梁结构采用双光纤光栅粘贴在悬臂梁上下表面实现温度补偿，但此法的传感器尺寸较大，楔形块在水平滑动时易引起竖直方向的移动，在相同的水平位移情况下，竖直方向的微小移动会改变悬臂梁的挠度，使得光栅波长发生变化，降低传感器的测量准确度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种光纤光栅位移传感器，该传感器灵敏度高、抗电磁干扰、无信号畸变、结构简单、稳定性高、可长期实时在线监测。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种光纤光栅位移传感器，包括基座、推杆、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第一转动杆、第二转动杆；所述基座的一侧开有出纤孔，上侧开有上通孔，基座的内部中间设有第一圆柱、第二圆柱和第三圆柱，所述第三圆柱位于基座的中心，所述第一圆柱和第二圆柱分别位于第三圆柱的上下两侧；所述第一转动杆和第二转动杆首尾相接水平布置，相接的一端固定于第三圆柱的顶部，另一端悬空；所述推杆为三叉型结构，向上的一端穿过上通孔与被测对象相连，向下的两个分支分别抵触第一转动杆和第二转动杆，转动杆在推杆的作用下绕第三圆柱自由旋转；所述第一光纤光栅和第二光纤光栅的两端分别绕过第一圆柱和第二圆柱后固定在第一转动杆和第二转动杆的两端；光纤尾纤通过出纤孔引出后连接到解调装置。

优选地，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅经过预拉伸后两端固定。

优选地，还包括胶黏剂，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅采用胶黏剂固定于第一转动杆和第二转动杆的两端。

优选地，所述第一圆柱、第二圆柱和第三圆柱的表面足够光滑，第一圆柱与第二圆柱对称布置在第三圆柱的两侧，三个圆柱与基座为一体式结构。

优选地，所述第一转动杆和第二转动杆在第三圆柱的固定处设置有扭簧，用于不受推杆作用时回复到初始位置。

优选地，所述推杆与上通孔之间设置有弹簧，用于实现推杆的往复运动。

优选地，通过出纤孔引出的光纤尾纤套有松套管并采用铠装护管进行保护。

优选地，所述基座和推杆的材质均为铝合金，所述第一转动杆和第二转动杆的材质均为合金钢。

优选地，所述基座的外形包括长方体型框结构、正方体型框结构、球型框结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用光纤光栅预拉伸并两点粘贴的封装方式，且两个转动杆自由转动而直接引起光栅受拉或受压，大大提高了其灵敏度，同时避免了繁琐的全粘贴过程及其这种粘贴方式引起的信号畸变而导致的测量不准确。

(2)两个光栅受力始终相反，所处环境一致，对其波长漂移量进行叠加有效的提高了温度补偿性能。

(3)结构简单，抗电磁干扰能力强，安装调试方便，适用于各种复杂环境、复杂结构的位移长期实时监测。

(4)形式多样，体积小，使用方便。

附图说明

图1是本发明所提供的一种光纤光栅位移传感器的结构示意图。

图2是基座的结构示意图。

附图标记说明：1、基座；2、推杆；3、第一光纤光栅；4、第二光纤光栅；5、第一转动杆；6、第二转动杆；7、胶黏剂；1-1、出纤孔；1-2、上通孔；1-3、第一圆柱；1-4、第二圆柱；1-5、第三圆柱。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1和图2所示，本发明公开了一种光纤光栅位移传感器，包括基座1、推杆2、第一光纤光栅3、第二光纤光栅4、第一转动杆5、第二转动杆6；所述基座1的一侧开有出纤孔1-1，上侧开有上通孔1-2，基座1的内部中间设有第一圆柱1-3、第二圆柱1-4和第三圆柱1-5，所述第三圆柱1-5位于基座1的中心，所述第一圆柱1-3和第二圆柱1-4分别位于第三圆柱1-5的上下两侧；所述第一转动杆5和第二转动杆6首尾相接水平布置，相接的一端固定于第三圆柱1-5的顶部，另一端悬空；所述推杆2为三叉型结构，向上的一端穿过上通孔1-2与被测对象相连，向下的两个分支分别抵触第一转动杆5和第二转动杆6，转动杆在推杆2的作用下绕第三圆柱1-5自由旋转；所述第一光纤光栅3和第二光纤光栅4的两端分别绕过第一圆柱1-3和第二圆柱1-4后固定在第一转动杆5和第二转动杆6的两端；光纤尾纤通过出纤孔1-1引出后连接到解调装置。

具体地，所述第一光纤光栅3和第二光纤光栅4经过预拉伸后两端固定。

具体地，还包括胶黏剂7，所述第一光纤光栅3和第二光纤光栅4采用胶黏剂7固定于第一转动杆5和第二转动杆6的两端。

具体地，所述第一圆柱1-3、第二圆柱1-4和第三圆柱1-5的表面足够光滑，第一圆柱1-3与第二圆柱1-4对称布置在第三圆柱1-5的两侧，三个圆柱与基座1为一体式结构。

具体地，所述第一转动杆5和第二转动杆6在第三圆柱1-5的固定处设置有扭簧，用于不受推杆2作用时回复到初始位置。

具体地，所述推杆2与上通孔1-2之间设置有弹簧，用于实现推杆2的往复运动。

具体地，通过出纤孔1-1引出的光纤尾纤套有松套管并采用铠装护管进行保护。

具体地，所述基座1和推杆2的材质均为铝合金，所述第一转动杆5和第二转动杆6的材质均为合金钢。

具体地，所述基座1的外形包括长方体型框结构、正方体型框结构、球型框结构。

实施例

一种光纤光栅位移传感器，可根据实际应用任意改变其外形，推杆2用于感测外界位移变化；在内装弹簧的作用下其可以往复运动；当外界位移变化时，通过推杆2同时推动第一转动杆5与第二转动杆6绕着第三圆柱1-5自由转动；当外界被测位移减小甚至为零时，第一转动杆5与第二转动杆6在扭簧的作用下会随着推杆2的回复而回复；第一光纤光栅3和第二光纤光栅4的两端分别绕过第一圆柱1-3和第二圆柱1-4，两根光栅的一端焊接保护并经过预拉伸后使用胶黏剂7将其适当位置分别固定于第一转动杆5和第二转动杆6的两端；尾纤从出纤孔1-1引出并通过数据处理装置连接解调设备。具体检测过程如下：当外界位移变化时，以位移增大为例，推杆2推动第一转动杆5与第二转动杆6绕第三圆柱1-5转过一定角度，使得第一光栅3受拉而导致光栅中心波长发生红移，而第二光栅4受压而导致光栅中心波长发生蓝移，将两个光栅的漂移量的差值作为传感器输出信号，消除了温度与位移的交叉敏感，从而反演出外界被测位移量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。