一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件。
【背景技术】
[0002]自从1978年K.0.Hill等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅以来，由于它具有许多独特的优点，因而在光纤传感领域有着广阔的应用前景。随着光纤光栅制造技术的不断完善，在光纤传感领域的应用成果日益增多，使得光纤光栅已成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。光纤在紫外光强激光照射下，利用光纤纤芯的光敏感特性，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率变化，即为光纤光栅。由于光纤光栅具有抗电磁干扰、高精度、使用方便、性能稳定和便于分布式组网等优点，因而在应变检测传感技术领域得到了广泛应用。
[0003]光纤布拉格(Bragg)光栅是利用光纤纤芯材料的光敏性在紫外线下形成的折射率呈周期性变化的一段光纤，当把光纤Bragg光栅用于应变检测时，为提高检测精度，技术要点之一是要对光纤Bragg光栅传感结构进行应变增敏设计，本专利采用二级杠杆结构，对应变进行二次放大，实现对光纤光栅应变传感结构的增敏。
【发明内容】
[0004]本发明提出来一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，能够对光纤光栅应变传感器进行增敏。
[0005]本发明提供一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，所述光纤光栅应变增敏器件包括光纤Bragg光栅、一级传感臂、二级传感臂、螺柱焊脚、上底座和下底座。
[0006]为达到上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0007]所述的一级传感臂、二级传感臂、螺柱焊脚、上底座和下底座为一体化连接。
[0008]所述的螺柱焊脚是基于螺柱焊的技术要求制作，可用螺柱焊机将其焊接在被测物体表面。
[0009]所述的上底座和下底座的厚度为一级传感臂厚度的两倍，保证在受压条件下不会发生扭曲变形。
[0010]所述的光纤光栅为普通的光纤Bragg光栅，光栅粘接固定在二级传感臂的凹槽中。
[0011]所述的光纤Bragg光栅粘接在二级传感臂上时，需要施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。
[0012]所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，其灵敏度可通过改变螺柱焊脚与一级传感臂的连接点和一级传感臂与二级传感臂的连接点这两个连接点的位置来调
-K-■P。
[0013]所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，对两螺柱焊脚间距离与粘接在二级传感臂两端的光纤Bragg光栅长度的设计也是一种应变放大结构，其放大倍数为两螺柱焊脚间距离与粘接在二级传感臂两端的光纤Bragg光栅的长度之比。
[0014]本发明所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，通过对材料和结构的合理选取与设计，可以提高和调节传感器的应变灵敏度。
【附图说明】
[0015]图1为所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件示意图
[0016]图2为所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件工作原理图
【具体实施方式】
[0017]本发明所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，包括光纤Bragg光栅
(I)、一级传感臂(2)、二级传感臂(3)、螺柱焊脚(4)、上底座(5)和下底座(6)。
[0018]所述的一级传感臂(2)、二级传感臂(3)、螺柱焊脚(4)、上底座(5)和下底座(6)为一体化的金属结构。
[0019]所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，如图1所示，为左右对称结构。
[0020]所述的一级传感臂(2)、二级传感臂(3)、螺柱焊脚(4)、上底座(5)和下底座(6)的材料宜选用与被测物体相一致的材料，避免不同材料在外界温度变化时由于热膨胀系数差异所引起的热应力，以保证传感器的监测精度。
[0021]所述的光纤Bragg光栅(4)通过粘接固定在二级传感臂(3)的凹槽中，粘接时需要施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。
[0022]所述的光纤Bragg光栅(4)的栅区部分如图1所示位于两个二级传感臂(3)的中间部位。
[0023]所述的螺柱焊脚(4)是基于螺柱焊的技术要求制作，可通过螺柱焊将其焊接固定在被测物体上。对两螺柱焊脚间距离与粘接在二级传感臂两端的光纤Bragg光栅长度的设计也是一种应变放大结构，其放大倍数为两螺柱焊脚间距离与粘接在二级传感臂两端的光纤Bragg光栅的长度之比。
[0024]根据理论力学理论，在所测应变不变的情况下，一级传感臂(2)与二级传感臂(3)的连接点越靠近上底座(5)或螺柱焊脚(4)与一级传感臂(2)的连接点越靠近下底座(6)，应变放大系数越高。在本发明中，一级传感臂(2)与二级传感臂(3)的连接点位于二级传感臂(3)中间处，而螺柱焊脚(4)与一级传感臂(2)的连接点位于一级传感臂(2)中间位置，实际中可根据具体所用场合进行调整以取得最佳效果。
[0025]下面结合附图对本发明实例做进一步的阐述:
[0026]1.一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件工作原理
[0027]如图2所示，图中实线为承受应力前增敏器件的状态，虚线为承受应力后增敏器件的各部位变化。由于螺柱焊脚(4)是焊接在物体表面的，当被测物体表面发生应变时，与螺柱焊脚(4)焊接在一起的一级传感臂(2)会受到如图2所示的向外的拉应力或向内的压应力F作用。
[0028]如图2所示，被测物体表面发生应变时，其微位移量为螺柱焊脚(4)的移动距离即图中的ab段，通过一级传感臂(2)的杠杆放大作用使其尾端的微位移量为图中的Cd段，由三角形相似原理可知，ab/cd = oa/oc ;同理，二级传感臂两端微位移量为图中的ef和gh段，其中ef段为一级传感臂尾端传递的微位移量，理论上ef = cd，ef/gh = se/sg ;由以上几个公式可以得出，微位移放大倍数为gh/ab = (oc/oa) X (sg/se)，表现出来明显的位移放大效果，并且可以通过改变oc/oa和sg/se的比值来调节位移放大倍数，进而间接控制应变灵敏系数，达到增敏的效果。同时，对两螺柱焊脚(4)间距离与粘接在二级传感臂(3)两端的光纤Bragg光栅(I)长度的设计也是一种应变放大结构，其放大倍数为两螺柱焊脚(4)间距离与粘接在二级传感臂(3)两端的光纤Bragg光栅(I)的长度之比，进一步提高了应变灵敏度。
[0029]2.光纤光栅传感器的安装与检测
[0030]对被测物体进行焊接前的表面预处理，去除被测物体表面附着物，使之露出光洁表面，以便于焊接。
[0031]将光纤光栅应变增敏器件的两端螺柱焊脚(4)使用螺柱焊方法焊接在被测物体表面，被测表面的应变可以通过上述应变增敏器件传递到光纤光栅上，而光栅与解调仪相连接，通过对携有被测物体应变信息的反射波长信号进行分析，可以检测出物体表面所发生应变的大小。
【主权项】
1.一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，其特征在于，所述光纤光栅传感器包括光纤Bragg光栅、一级传感臂、二级传感臂、螺柱焊脚、上底座和下底座，其中一级传感臂、二级传感臂、螺柱焊脚、上底座和下底座为一体化连接，螺柱焊脚是基于螺柱焊的技术要求制作，可用螺柱焊机将其焊接在被测物体表面，光纤光栅粘接在二级传感臂的凹槽中。
2.根据权利要求1所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，其特征在于，所述的器件结构运用杠杆放大原理具有应变增敏的效果。
3.根据权利要求1所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件，其特征在于，所述的器件增敏效果可通过改变螺柱焊脚与一级传感臂的连接点和一级传感臂与二级传感臂的连接点这两个连接点的位置来调节。
【专利摘要】本实用新型属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件。所述的光纤光栅应变增敏器件包括光纤Bragg光栅、一级传感臂、二级传感臂、螺柱焊脚、上底座和下底座。所述的一级传感臂、二级传感臂、螺柱焊脚、上底座和下底座均为一体化连接，且上底座和下底座的厚度为一级传感臂的两倍，保证在受压条件下不会发生扭曲变形。所述的光纤Bragg光栅粘接固定在二级传感臂的凹槽中，粘接时需要施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。本实用新型所述的一种二级杠杆传递的光纤光栅应变增敏器件通过对材料和结构的合理选取与设计，可以提高和调节传感器的应变灵敏度。
【IPC分类】G01B11-16
【公开号】CN204313803
【申请号】CN201420842855
【发明人】张亮, 刘月明, 陈浩, 邹建宇, 夏忠诚, 高晓良
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月25日