[实用新型]一种温度自补偿光纤光栅杆力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅杆力传感器，能消除温度对光纤光栅传感器的影响，属于光纤传感领域。

背景技术

光纤光栅传感是一种新型的传感原理，它以光波为信号载体，并采用波长调制，不受光强的影响，信号稳定，在结构工程的各种场合都具有良好的传感性能。利用光纤光栅原理制作的温度和应变传感器能有效地测量结构的温度与应变，且制造出的传感器具有体积小，测量精度高，抗电磁干扰，耐腐蚀，可靠性和稳定性好，耐久性好等优点。

在杆力传感系统中，传统的杆力传感原理大多是采用电阻应变式的变换原理。由弹性元件将杆力负荷变换成表面应变，经电阻应变计感应测试应变，再通过电子测量技术将电阻应变计的变化量换成电信号输出。这种传统的电阻应变式杆力传感器虽然在一般应用中能够满足传感要求，然而这种电传传感器存在着其固有的缺陷：在测量精度与可靠性方面存在许多局限。例如，由于电阻应变计在温度作用下其电阻率会发生较大变化，如温度从-55℃到+60℃变化时，半导体电阻应变计的阻值会从600多欧变化到1300欧左右，其电阻温度系数大于700×10-6/℃；虽然金属电阻应变计电阻温度系数要小，但其灵敏系数比半导体电阻应变计小100倍。在电测技术中，虽然可以采用热敏电阻补偿、串并联电阻补偿以及有源电路分段补偿等零位温度补偿技术在一定范围内可以减小其零位输出漂移，但是由于技术的限制，这种基于电阻应变式杆力传感器还不能达到很高的精度与灵敏度水平；不能防御雷电、电磁干扰(EMI)和电磁冲击(EMP)。

鉴于传统杆力传感器存在的缺陷，光纤光栅杆力传感器在所需测量精度、动态响应、抗电磁干扰、全温度与气压范围传感器零位输出的稳定性与可靠性等指标参数都要比传统的电阻应变式传感器高出很多。

但是，在光纤光栅传感领域，应变和温度是两个能够直接导致光纤光栅中心波长产生漂移的物理量，即光纤光栅对温度和应变交叉敏感。由于光纤光栅对温度和应变都敏感，在测量应变时，温度的影响很难消除，从而限制了其实际应用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出了一种温度自补偿光纤光栅杆力传感器，能在测量应变的同时消除温度的影响，制作工艺简单，解决了光纤光栅传感器交叉敏感性的问题。

技术方案

一种温度自补偿光纤光栅杆力传感器，其特征在于包括第一关联平行梁2、第二关联平行梁3、第一光纤光栅应变传感器4和第二光纤光栅应变传感器5：第一关联平行梁2和第二关联平行梁3为尺寸相同的矩形框结构，且中心呈长方形空心；两个关联平行梁的长方形空心矩形框顺行且相互垂直固定连接，第一光纤光栅应变传感器4与长方形空心矩形框平行的粘贴在第一关联平行梁2的一个平面上，第二光纤光栅应变传感器5与长方形空心矩形框平行的粘贴在第二关联平行梁3的一个平面上，且第一光纤光栅应变传感器4与第二光纤光栅应变传感器5串行联接；第一光纤光栅应变传感器4在第一关联平行梁2平面的位置与第二光纤光栅应变传感器5在第二关联平行梁3平面位置垂直对称。

所述的第一光纤光栅应变传感器4和第二光纤光栅应变传感器5的材料和结构相同，且中心波长相差小于50nm。

在第一关联平行梁2的平面粘贴与第一光纤光栅应变传感器4串联的若干个光纤光栅应变传感器，同时在第二关联平行梁3的平面粘贴与第二光纤光栅应变传感器5串联的若干个光纤光栅应变传感器，且两个平面上粘贴的位置垂直对称。

所述的若干个光纤光栅应变传感器为2的倍数。

所述的光纤光栅应变传感器为贴片式光纤光栅传感器或裸光纤光栅传感器。

所述的光纤光栅为光纤布拉格光栅或长周期光纤光栅。

有益效果

本发明提出的温度自补偿光纤光栅杆力传感器，在没有引入额外的附加结构或专门的光纤光栅温度传感器条件下，在传感系统内部解决温度补偿的问题；而且该温度自补偿光纤光栅杆力传感器具有抗电磁干扰、精度高、动态响应快、体积小重量轻、结构简单等特点，更具可靠性，稳定性和简易性；另外该温度自补偿光纤光栅杆力传感器成本相对低廉，适用于比较狭小的空间，在测量弹性元件受力的同时实现对传感器的温度补偿。

附图说明

图1：为本发明实施例1温度自补偿光纤光栅杆力传感器结构示意图

图2：为本发明实施例2温度自补偿光纤光栅杆力传感器结构示意图

图3：为本发明实施例3温度自补偿光纤光栅杆力传感器结构示意图

1-弹性元件；2-第一关联平行梁；3-第二关联平行梁；4-第一光纤光栅应变传感器；5-第二光纤光栅应变传感器；