[实用新型]一种光纤光栅形状记忆合金管位移传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感技术领域，涉及到一种基于光纤光栅技术和形状记忆合金技术的位移传感器。

背景技术

常用位移传感器主要分为非接触式与接触式两种。激光位移传感器是比较常用的非接触式位移传感器，它利用三角反射原理非接触测量位移。它的优点是测量精度高，不干扰被测物体运动过程。但其对测量环境要求比较高，激光器部位不能有振动，否则会带来很大的测量误差。

常用的接触式位移传感器是应变式的位移传感器。它与二次仪表如应变仪、数字电压表配套使用，即可进行工程试验中的静态位移测量。由于其核心传感元件采用电类应变计，不可避免的带来了易受电磁辐射干扰、长期稳定性差的缺点，无法满足在强电磁辐射等恶劣工作环境中的工作需要。同时，常用的接触式位移传感器往往体积比较大，量程较小，无法满足精密环境中的位移测量。

形状记忆合金材料是近来兴起的一种智能材料，具有形状记忆效应、超弹性效应、弹性模量低、弹性范围大、耐腐蚀的优点等特点，在传感器设计领域有着广阔的前景。

光纤光栅是一种性能优良的应变传感元件。它具有灵敏度高，体积小，耐腐蚀，抗电磁辐射，光路可弯曲，便于实现远距离测量等优点；由于其采用波长编码技术，消除了光源功率波动及系统损耗的影响，适用于长期监测；而且多个光纤光栅组成的传感系统，采用一根光缆，可实现准分布式测量。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、布设方便、精度高、体积小、长期稳定性好的接触式光纤光栅形状记忆合金管位移传感器，克服了传统电类位移传感器易受电磁干扰、长期稳定性差的缺点，能够满足强电磁辐射等恶劣环境中的位移测量；利用形状记忆合金的弹性范围大的特点，大幅度提高了位移传感器的量程。

本实用新型的技术方案是由形状记忆合金弯管、光纤光栅、带槽铜片以及铜基片构成的位移传感器。首先制作形状记忆合金弯管以及对裸光纤光栅做预处理。将50mm长、外径为0.4mm的形状记忆合金管弯曲后固定于钢板上，送入高温炉进行高温形状处理并淬火，使其具有对弯曲状态的形状记忆效应。使用光纤被覆机对裸光纤光栅区域进行涂覆，涂覆厚度为100μm，并在两端留出大约7mm左右裸纤区域；将形状记忆合金管两端置于带槽铜片槽中；然后利用焊锡将带槽铜片和形状记忆合金管焊在两个厚度为0.2mm的铜基片上，将涂覆后的光纤光栅置于形状记忆合金弯管内，调整其位置使其处于中央部位，采用高压注胶法将环氧树脂胶注入弯管内，待胶高温固化后位移传感器即制作完毕。弯管两端铜基片的相对位移变化会使形状记忆合金管发生形变，从而改变了光纤光栅的反射波长，通过测量光纤光栅反射波长的变化可以得出形状记忆合金弯管两端的相对位移变化。

本实用新型的效果和益处是，该位移传感器克服了传统电类传感器易受电磁干扰、长期稳定性差等缺点，体积小、测量精度高，而且可在一根光纤上布置多个传感器对多点进行准分布式测量，还可以和基于光纤光栅技术的各种传感器串联。这种新型光纤光栅位移传感器结构简单，造价低廉，现场施工安装方便，同时还具有本质防爆、抗电磁干扰等优点，可以广泛适用于医疗、土木工程以及核工业等恶劣工作环境的精密位移测量中。

附图说明

图1是光纤光栅形状记忆合金管位移传感器侧向示意图。

图中：1铜片基座，2形状记忆合金管，3带槽铜片。

图2是光纤光栅形状记忆合金管位移传感器俯视示意图。

图中：1铜片基座，2形状记忆合金管，3带槽铜片 4光纤。

图3是封装后的形状记忆合金管剖面图。

图中：2形状记忆合金管，5环氧树脂，6光纤光栅。

图4是带槽铜片的剖面图。

图中：3带槽铜片。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的最佳实施例。

本实用新型提出的光纤光栅位移传感器侧向剖面示意图如附图1所示，该传感器俯视示意图如附图2所示，其中所涉及的封装后的形状记忆合金管剖面图如图3所示，所涉及的带槽铜片剖面图如图4所示。

形状记忆合金管与铜片基座焊接的具体做法是，首先利用形状记忆合金管2在厚度0.2mm的薄铜片上挤压出一个半圆形槽，制成带槽铜片3；然后将形状记忆合金管2置于槽内并简易固定在铜片基座1上；使用电烙铁加热带槽铜片3一端，同时将焊锡置于另一端，利用空气压力将液化的焊锡压入槽中，待低温固化后焊接工作即完成。

光纤光栅封装的具体做法是，首先使用光纤涂敷机对光纤光栅6部位进行涂敷，然后将其置于形状记忆合金管2中，使用精密光纤调整架调整光纤光栅6位置，使光纤光栅6处于中央部位，接着采用高压注胶方式在形状记忆合金管2中灌入环氧树脂胶5，待高温固化后即完成封装。