[实用新型]强度解调型光纤光栅称重计

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，涉及一种强度解调型光纤光栅称重计。

背景技术

光纤传感器与传统的传感器相比，光纤传感器具有独特的优点：灵敏度高、重量轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀、本质安全。由于光纤传感器是利用光波传输信息，而光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输媒质，这使它可以方便有效地用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。相比与其他众多的传感器，光纤传感器体积小、适合埋入式结构、安装方便、检测灵敏度高、寿命长、不易受外界干扰、耐高(低)温、耐腐蚀等诸多优点。鉴于光纤传感器的如上优势，光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。

近年来，光纤光栅传感器越来越为人们所重视。这种新型传感器的工作原理是，把被测参数的变化转换为光纤光栅工作波长的变化，通过检测光纤光栅的工作波长变化获知被测参数的大小。光纤光栅传感器除了具有其它类型光纤传感器所共有的抗干扰能力强、可靠性好、耐腐蚀、本质安全防爆、体积小、重量轻等优点之外，还具有编码方式可靠、易于复用和组网等独特优点。但是传统的利用波长测量的光纤光栅传感器测量系统造价昂贵，测量需要进行波长扫描，因此反应时间长，测量速度慢，不能用于高速测量和实时监控。姜德生等人提出利用反射谱完全相同的两个啁啾光纤光栅串联进行传感解调应变，但是，这种系统结构复杂，且需要两根啁啾光纤光栅，增加的结构的复杂性。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种适用于实际应用，具有较宽工作范围，并且结构简单、低成本的强度解调型光纤光栅称重计。

本实用新型包括宽带光源、光探测器、耦合器、圆台、光纤光栅、支架、载物台、三脚圆盘基座。片状长条形的载物台一端底面与圆台的顶面固定设置，载物台另一端边沿垂直固定设置支架。圆台的底面与三脚圆盘基座配合，光纤光栅沿圆台的中轴线设置在弹性基体材料圆台中，光纤光栅始端位于圆台的顶面，光纤光栅末端位于圆台的底面并通过光纤与耦合器的检测端连接，耦合器的输入端与宽带光源光连接，耦合器的输出端与光探测器光连接。

所述的圆台的底面半径至少为圆台的顶面半径的两倍以上。

本实用新型所具有的优点：

1.整个称重计只用到一根普通光纤光栅。该称重计集“传感”与“解调”功能于一体，通过光探测器PD直接探测到光功率，对后端设备要求低；

2.利用圆台结构，将重力转化成光纤光栅反射谱带宽的变化量，继而通过PD探测得到光功率变化，达到强度解调的目的，成功解决了波长解调成本高的弊端。

3.不同重量范围的被测物可置于载物台上的不同位置，越重的被测物放在越远离圆台中心的位置从而扩大整个装置测量范围。

4.用弹性聚合物封装光纤光栅起到保护光栅的作用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。

如图1所示，强度解调型光纤光栅称重计，包括支架1、载物台2、光纤光栅3、圆台4、三脚圆盘基座5、耦合器6、宽带光源7、光探测器8。

光纤光栅3采用普通的3cm长的光纤光栅。用弹性聚合物封装成圆台4，或将光纤光栅3嵌入一弹性基体材料圆台4中。保证光纤光栅3位于圆台4轴心位置。

圆台4为弹性聚合物，圆台4的底面半径至少为圆台的顶面半径的两倍以上。将光纤光栅3嵌入一弹性基体材料圆台4中，且让其位于圆台形弹性体的中心，圆台4和光纤光栅3组成“弹性体和光纤光栅复合体”，以下简称复合体。

片状长条形的载物台2一端底面与圆台4的顶面固定设置，载物台2另一端边沿垂直固定设置支架1。圆台4的底面与三脚圆盘基座5配合。支撑载物台2的两根支架1和三脚圆盘基座5的三跟脚在同一平面上。不同重量范围的被测物可置于载物台2上的不同位置，被测物越重，则放置于越远离圆台中心的位置从而扩大整个装置测量范围。

三脚圆盘基座5中心打有一小孔，光纤光栅3沿圆台的中轴线设置在弹性基体材料圆台4中，光纤光栅3始端位于圆台4的顶面，光纤光栅3末端位于圆台4的底面并通过光纤、穿过三脚圆盘5的小孔与耦合器6的检测端连接，耦合器6的输入端与宽带光源7光连接，耦合器6的输出端与光探测器8光连接。

宽带光源7与耦合器6相连，通过耦合器6，光射入光纤光栅3。当被测物放于载物台2上时，复合体受压力作用。设光纤光栅和弹性基体在对称轴方向加载以后所产生的应变是一样的，即加载前后垂直于轴的截面保持为平面。由于圆台不同的厚度层上面积逐渐变化，所以光栅产生的应变也逐渐变化，从而引起光纤光栅反射谱带宽的变化ΔB，通过光探测器8探测得到功率的变化ΔP后可解调出ΔB，继而可得到应变ε，再通过力学知识就可得到所测物体的重量。