一種光纖光柵差動應(yīng)變片及其制作和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光纖光柵差動應(yīng)變片，包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用兩端粘貼的方式，可保證光柵部位受力均勻，消除啁啾化現(xiàn)象，從而保證檢測的精度，兩端粘貼的方式還可使應(yīng)變片的制作工藝更加簡單，更易于操作。
【專利說明】一種光纖光柵差動應(yīng)變片及其制作和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感部件，具體涉及一種光纖光柵差動應(yīng)變片及其制作和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了進行結(jié)構(gòu)的受力分析或監(jiān)測受機械負載的構(gòu)件，常使用電阻應(yīng)變片檢測被加載力的結(jié)構(gòu)元件的應(yīng)變。這種電阻應(yīng)變片由基底、敏感柵、覆蓋層以及引出線組成，敏感柵是電阻應(yīng)變量轉(zhuǎn)化為電阻變化量的敏感部分；基底和覆蓋層具有定位和保護電阻絲與被測體絕緣的作用；引線起著連接測量導(dǎo)線的作用；為了檢測與負載相關(guān)的應(yīng)變，這些電阻應(yīng)變片被敷設(shè)在被監(jiān)測構(gòu)件上，并通過測量敏感柵的電阻變化將應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，該信號與應(yīng)變或作用力成比例。電阻應(yīng)變片具有體積小、易于安裝等特點，但它對于電磁場或高壓場的影響十分敏感，并且在易燃易爆場合不允許使用。
[0003]光纖傳感技術(shù)是伴隨光纖通信技術(shù)而產(chǎn)生的一項重要發(fā)明，由于該技術(shù)采用的是光信號調(diào)制的方式，因此本質(zhì)上具備良好的抗電磁干擾能力，同時隨著制作工藝的深入研究和改進，使其具備寬動態(tài)監(jiān)測范圍、高靈敏度等特點，光信號傳輸距離長，便于組網(wǎng)實現(xiàn)分布式測量，這些優(yōu)點均為工程監(jiān)測提供了有效的解決辦法，因此受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。但是，在光纖光柵傳感器的工程應(yīng)用中還存在著如下問題:(1)由于光纖光柵傳感器對溫度和應(yīng)變均敏感，應(yīng)用時需解決溫度和應(yīng)變交叉敏感的問題。(2)光纖光柵本身具有一定的長度，如果直接固化在被監(jiān)測的構(gòu)件上，則很難保證光柵所受的應(yīng)變場是均勻的，這樣就容易導(dǎo)致光纖光柵的啁啾化，影響測量的精度。(3)直接將光纖光柵固化于被監(jiān)測體上，不便于工程化施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服光纖光柵傳感技術(shù)上述的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、封裝工藝易于操作的光纖光柵應(yīng)變片。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種光纖光柵差動應(yīng)變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。
[0006]按上述方案，第一、第二光纖光柵與彈性體的粘貼點分別設(shè)有開槽。
[0007]按上述方案，所述的彈性體為圓環(huán)狀變形體或中空正多邊形變形體。
[0008]—種上述光纖光柵差動應(yīng)變片的制作方法，其特征在于:
[0009]在彈性體的兩面分別設(shè)置一對開槽，每對開槽的連線均通過彈性體的中心；[0010]安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且安裝臂也設(shè)置開槽，安裝臂的開槽與彈性體的其中一對開槽在同一直線上；
[0011]經(jīng)過預(yù)拉伸的第一光纖光柵沿彈性體一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體和安裝臂的開槽中涂膠固定；經(jīng)過預(yù)拉伸的第二光纖光柵沿彈性體另一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體的開槽中涂膠固定。
[0012]利用上述制作方法制作的光纖光柵差動應(yīng)變片的使用方法為:
[0013]將光纖光柵差動應(yīng)變片通過安裝臂固定在被監(jiān)測體上，被監(jiān)測體應(yīng)變改變引起變形環(huán)的形變，進而使第一光纖光柵和第二光纖光柵中心波長差發(fā)生變化，通過檢測兩個光纖光柵中心波長差的變化量，得出被監(jiān)測體所產(chǎn)生的應(yīng)變量。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]1、利用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的光纖光柵應(yīng)變片及制作方法，使兩光柵波長變化量之差僅與應(yīng)變片受力的大小線性相關(guān)，而與溫度無關(guān)，消除了應(yīng)變和溫度的交叉敏感；本發(fā)明結(jié)構(gòu)采用兩端粘貼的方式，可保證光柵部位受力均勻，消除啁啾化現(xiàn)象，從而保證了檢測的精度，兩端粘貼的方式還可使應(yīng)變片的制作工藝更加簡單，更易于操作，這將為光纖光柵傳感技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供有力的支持；安裝臂略厚于彈性體，以保證應(yīng)變片僅通過安裝臂感知被監(jiān)測體的受力，從而帶動彈性體產(chǎn)生形變，可消除應(yīng)變片直接接觸被監(jiān)測體時受力不均影響應(yīng)變片的準確性和一致性。
[0016]2、第一、第二光纖光柵均須預(yù)拉伸后粘貼于彈性體上，這樣能使彈性體對正負應(yīng)變均可實現(xiàn)感知。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1的俯視圖。
[0019]圖3為本發(fā)明另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為圖3的俯視圖。
[0021]圖中:1-第一光纖光柵，2-第二光纖光柵，3-環(huán)狀變形體，4-第一安裝臂，5-第二安裝臂
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0023]一種光纖光柵差動應(yīng)變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。
[0024]實施例一:
[0025]圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的俯視圖，它包括第一光纖光柵1、第二光纖光柵2、彈性體和安裝臂，彈性體為一個圓環(huán)狀變形體3 (本實施例中使用的是鋼制的圓環(huán)狀變形體)；其中第一光纖光柵I的兩端粘貼在圓環(huán)狀變形體3的一面，第二光纖光柵2的兩端粘貼在圓環(huán)狀變形體3的另一面,第一光纖光柵I和第二光纖光柵2相互垂直，二者的光柵均通過圓環(huán)狀變形體3的圓心軸且不接觸；所述的安裝臂固定在圓環(huán)狀變形體3的兩側(cè),分為第一安裝臂4和第二安裝臂5,且與第一光纖光柵I在同一方向；安裝臂的厚度略大于(厚度差大于光纖的直徑即可)圓環(huán)狀變形體3的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過第一光纖光柵I的尾纖的開槽。在圓環(huán)狀變形體3上也有開槽用于第二光纖光柵2尾纖的引出。
[0026]當在圓環(huán)狀變形體上的第一光纖光柵固化的兩端位置加載力F時,第一光纖光柵和第二光纖光柵產(chǎn)生的應(yīng)變量分別是:
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵差動應(yīng)變片，其特征在于:它包括第一光纖光柵、第二光纖光柵、彈性體和安裝臂，彈性體為一個中空的、既軸對稱又中心對稱的變形體；其中第一光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的一面，第二光纖光柵的兩端粘貼在彈性體的另一面，第一光纖光柵和第二光纖光柵相互垂直，二者的光柵均通過彈性體的中心且不接觸；所述的安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且與第一光纖光柵在同一方向；安裝臂的厚度大于彈性體的厚度，安裝臂上設(shè)有用于穿過第一光纖光柵的尾纖的開槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵差動應(yīng)變片，其特征在于:第一、第二光纖光柵與彈性體的粘貼點分別設(shè)有開槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵差動應(yīng)變片，其特征在于:所述的彈性體為圓環(huán)狀變形體或中空正多邊形變形體。
4.一種權(quán)利要求1或2或3所述的光纖光柵差動應(yīng)變片的制作方法,其特征在于: 在彈性體的兩面分別設(shè)置一對開槽，每對開槽的連線均通過彈性體的中心； 安裝臂固定在彈性體的兩側(cè)，且安裝臂也設(shè)置開槽，安裝臂的開槽與彈性體的其中一對開槽在同一直線上； 經(jīng)過預(yù)拉伸的第一光纖光柵沿彈性體一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性體和安裝臂的開槽中涂膠固定；經(jīng)過預(yù)拉伸的第二光纖光柵沿彈性體另一面的開槽放置，其光柵位于彈性體的中心軸上且其尾纖放置在彈性應(yīng)變片的開槽中涂膠固定。
5.利用權(quán)利要求4所述的光纖光柵差動應(yīng)變片的制作方法制作的光纖光柵差動應(yīng)變片的使用方法為: 將光纖光柵差動應(yīng)變片通過安裝臂固定在被監(jiān)測體上，被監(jiān)測體應(yīng)變改變引起變形環(huán)的形變，進而使第一光纖光柵和第二光纖光柵中心波長差發(fā)生變化，通過檢測兩個光纖光柵中心波長差的變化量，得出被監(jiān)測體所產(chǎn)生的應(yīng)變量。
【文檔編號】G01B11/16GK103940359SQ201410160233
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】潘建軍, 李維來, 王立新, 劉捷, 魯曉珊, 龐錦 申請人:武漢理工大學(xué)