[发明专利]一种光纤光栅拱桥形压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是一种光纤光栅拱桥形压力传感器。

背景技术

传感器技术为现代科技的一项关键技术，现有的传感器多用电式传感器进行应力的测量，易出现精度不高、易受外界干扰而失效(特别是水的影响)等问题。

光纤光栅是20世纪90年代以来国际上新兴的一种有着广泛应用前景的、性能优良的反射滤波无源敏感元件，通过Bragg光栅反射波长的移动来感应外界微小应变变化而实现对结构在线测量。其基本原理为：当光纤中的光波通过光栅时，满足光栅波长条件的光被反射回来而成为反射光，其余的光成为透射光，外界参量的变化将引起反射光波长的漂移，而通过对波长漂移量的检测即可得到外界参量的变化量。温度和应变是最能直接改变反射波长的外界参量。光纤光栅结构如图1所示，其中01为纤芯，02为包裹在纤芯外部的包层，Λ为光栅周期；图2为光通过光栅时的能量分配图，其中2-1为入射光谱，2-2为反射光谱，2-3为透射(传导)光谱，横坐标表示波长，纵坐标表示能量，λ_b为反射光的中心波长。

光纤光栅具有极高的测试精度，且不受电磁辐射等外界干扰，除此以外还具有易于布设、准分布式测量等多种优点，鉴于此，该项技术具有在航空航天、复合材料、混凝土结构工程、电力工程及医学等多个领域得到广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光纤光栅拱桥形压力传感器。

本发明采用如下技术方案：

一种光纤光栅拱桥形压力传感器，包括组合型金属盒、拱桥形弹力装置、金属丝及光纤光栅；金属丝两端与所述拱桥形弹力装置的中部连接，金属丝上粘贴光纤光栅；所述组合型金属盒包括上部和下部，上部和下部可上下相对运动，当组合型金属盒上部有压力时，该压力全部作用在拱桥形弹力装置上部，拱桥形弹力装置一端固定在金属盒底部，另外一端为可活动端。

所述的光纤光栅拱桥形压力传感器，所述拱桥形弹力装置为钢片。

所述的光纤光栅拱桥形压力传感器，所述金属丝为钢丝。

所述的光纤光栅拱桥形压力传感器，所述组合型金属盒为长方体。

所述的光纤光栅拱桥形压力传感器，所述可活动端与组合型金属盒的下部接触，接触处有一凹槽，使所述可活动端有充分活动空间。

通过光纤光栅传感技术形成以光纤传感为基础的压力传感器，实现垂直压力的高精度测试。

附图说明

图1光纤光栅结构示意图；

图2为光通过光栅时的能量分配图；

图3本发明传感器结构示意图

图4为图3的局部放大图；

图5本发明测试过程电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

1、传感器结构

本发明传感器具体结构如图3、4所示。包括长方体组合型(分为上下两部分，上下两部分活动连接)金属盒20、高强度钢片10、钢丝50及光纤光栅30。将高强度钢片10折成拱桥，钢丝50拉在拱桥中部，同时在钢丝50上粘贴光纤光栅30。拱桥一端101固定在金属盒底部，另外一端为可活动端102。可活动端102与金属盒20底接触，接触处有一小坡度凹槽40，使其有充分活动空间。金属盒20上下两部分可上下相对运动，当金属盒20上部有压力存在时，金属上部不起支撑作用，使该压力全部作用在高强度钢片10形成的拱桥上部。

2、传感器工作原理

拱桥受上部压力作用两端产生向外活动的趋势，使中部的钢丝产生较为明显的拉应力，进而使粘贴其上的光纤光栅产生拉应变，发生反射光的波长漂移，通过对反射波长的测试，数据处理，可得出上部应力的大小。

3、测试过程

光纤光栅30通过外部引线与解调仪40连接，解调仪40通过网络连线41与外接计算机42相连。解调仪40发出光信号，至光纤光栅30后，满足反射条件的光被反射回来，反射光返回解调仪40，经过光电转换21生成电信号、数据采集22生数字信号32，数字信号32经过波长计算23、数据分析24，通过此过程可获得反射波长的变化信息，再通过数据处理求可得到回转角度的变化。具体的测试过程如图5所示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。