[发明专利]一种高灵敏度的光纤光栅应变传感器

说明书

本发明公开了一种高灵敏度的光纤光栅应变传感器，属于光纤传感器技术。包括可拆卸相连的底层金属片、中层金属片和顶层金属片；顶层金属片上安装有应变测量光栅，底层金属片固定在待测物体上；在顶层和中层金属片中均设有杠杆机构，待测物体发生的变形能够通过层与层之间相互级联的杠杆机构传递并放大至应变测量光栅上。本发明的传感器采用三层金属片级联结构，运用杠杆机构，对被测物体的应变进行了多级放大。放大结构采用了“增敏式”放大和“集中式”放大原理，故放大倍数明显增大，灵敏度高。该传感器结构简单，体积小，灵敏度高，能用于微小结构应变的测量。

技术领域

本发明属于光纤传感器技术，涉及一种高灵敏度的光纤光栅应变传感器。

背景技术

光纤光栅传感器作为一种新型光纤无源器件，以其全光传输、抗电磁干扰、耐腐蚀、高电绝缘性、低传输损耗、测量范围宽、便于复用成网、可微型化等优点，得到世界范围内的广泛关注，成为传感领域内发展最快的技术之一，在土木工程、航空航天、石油化工、电力、医疗、船舶工业等领域取得广泛应用。

应变测量是监测结构安全状况的重要手段，不同应用场合和不同材料结构所需的应变分辨率和应变量程存在区别。目前，绝大多数光纤光栅应变传感器没有采用增敏结构，其应变量程一般为±1500，应变灵敏度1.2，主要用于应变较大场合，如桥梁、隧道、铁塔、管道等。然而，在微小应变测量场合，其应变灵敏度过低，应变量程过大。

目前，已有研究人员提出过一些增敏结构，如专利201220154883.8和201220207094.6，其主要通过控制安装块之间的距离大于固定光纤光栅两端粘接剂之间的距离来提高应变灵敏度，但是采用该方法的传感器的体积大及结构笨重，不适用于微小结构应变的测量。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高灵敏度的光纤光栅应变传感器，该传感器设计合理，结构简约，体积小，灵敏度高，能用于微小结构应变的测量。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种高灵敏度的光纤光栅应变传感器，包括可拆卸相连的底层金属片、中层金属片和顶层金属片；顶层金属片上安装有应变测量光栅，底层金属片固定在待测物体上；

在顶层金属片和中层金属片中均设有杠杆机构，待测物体发生的变形作用在底层金属片上，底层金属片上将会发生变形，其变形可通过中层金属片和顶层金属片相互级联的杠杆机构传递并放大至应变测量光栅上，以实现应变高灵敏度测量。

优选地，三层金属片的一端均设有能够与螺栓配合的金属片连接孔，三层金属片通过螺栓可拆卸连接。

优选地，底层金属片通过其两端对称设置的底层安装凸台将待测物体固定。更进一步优选地，两侧安装凸台可以用螺栓固定连接，或通过强力胶粘贴连接在被测物体上。

优选地，顶层金属片上设有光纤光栅安装槽，应变测量光栅置于该光纤光栅安装槽内，光纤光栅安装槽为半圆形槽。

优选地，底层金属片上设有变形传递杆，变形传递杆上开设有变形传递杆孔，变形传递杆通过S型弹性结构与底层金属片的一端相连。

优选地，中层金属片的杠杆机构包括相对设置在中层外部框架内的一级杠杆和二级杠杆，一级杠杆和二级杠杆之间通过第一平衡块相连，在一级杠杆上设有连接块，该连接块上设有连接块固定孔，二级杠杆上开设有杠杆孔；

连接块固定孔与底层金属片上设置的变形传递杆孔位置对应。

优选地，一级杠杆、二级杠杆与中层外部框架的边框采用柔性铰链连接；一级杠杆与连接块之间采用柔性铰链连接；第一平衡块与一级杠杆、二级杠杆也采用柔性铰链连接。

优选地，中层金属片的一端设有中层安装凸台，中层安装凸台底面与底层金属片的上表面接触配合，使底层金属片和中层金属片之间存在间隙。