[实用新型]一种高灵敏度光纤光栅载重量测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅传感器领域，特别是涉及一种高灵敏度光纤光栅载重量测量仪。

背景技术

光纤光栅作为一种光学器件，是在光纤中建立起一种空间折射率周期分布，使在其中的光的传播特性得以改变的器件。根据弹性力学的相关理论，光纤在外加轴向力的作用下，将发生弹性形变，弹光效应会引起材料光学折射率的改变，使光纤中光栅的透射谱特性发生变化。布喇格光纤光栅(Bragg光纤光栅)和长周期光纤光栅是两种最普通和最常用的光纤光栅，两者在传感器领域具有突出的应用价值。

但是，由于普通石英光纤特别纤细，其外径约为125μm，主要成分是SiO₂，因此特别脆弱，尤其它的抗剪切能力很差，直接将光纤光栅作为传感器在工程实际应用中遇到了布设工艺的大难题。另外，因受限于光纤石英材料的固有特性，普通布喇格光纤光栅在轴向应变为1με时，波长漂移仅为1×10^-3nm左右；普通长周期光纤光栅在轴向应变为1με时，波长漂移也仅为(3～5)×10^-3nm，这限制了光纤光栅的波长漂移对其轴向应变的灵敏度。同时，也使得光纤光栅传感器在测量重量、压强、应变等这一类物理力学参量时的分辨率受到限制，要达到较高的分辨率，通常需使用代价较大的高分辨率波长解调系统。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高灵敏度光纤光栅载重量测量仪，补足传统机电式载重量测量仪或传感器的欠缺之处，实现载重量的动态、在线高灵敏度传感测量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高灵敏度光纤光栅载重量测量仪，包括宽带光源、光纤偏振分离器、偏振控制器、长周期光纤光栅、光纤光谱仪和环氧树脂平板，所述的宽带光源输出光依次进入所述的光纤偏振分离器、偏振控制器和含有长周期光纤光栅的光纤，所述的长周期光纤光栅的透射光进入所述的光纤光谱仪中；所述的长周期光纤光栅封装在环氧树脂平板中；

所述的高灵敏度光纤光栅载重量测量仪的长周期光纤光栅作为传感元件，所述的光纤光谱仪作为波长信号解调元件。

所述的高灵敏度光纤光栅载重量测量仪的环氧树脂平板的杨氏模量为2.5～3.5GPa。

所述的高灵敏度光纤光栅载重量测量仪的长周期光纤光栅由高频CO₂激光器制作。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：利用杨氏模量小的材料封装含有长周期光纤光栅的光纤，增强了传感头的抗剪切能力，降低了因光纤光栅断裂而导致传感器或相关测量失败的风险，同时使得光纤光栅作为传感头在实际应用工程布设时的难度大大降低，易布设性大大提高。利用含有长周期光纤光栅的光纤中传输的光信号的波长值作为传感信号的编码，具有不受电磁干扰的优点，同时具有不受光源输出功率波动影响的优点。因此，本实用新型具有较高的性价比。

本实用新型只需一个光纤光栅作为传感元件就能实现载重量的动态、在线测量，根据长周期光纤光栅透射谱中双峰分离的程度，即可得知待测物的重量或平板上的载重量。

本实用新型可在环氧树脂固化前，先将光纤光栅埋入环氧树脂中，待环氧树脂固化后，光纤光栅和环氧树脂融为一体，这大大提高封装材料和光纤之间的应变传递性能，可认为光纤光栅的轴向应变和与树脂封装板在光纤轴线方向上的应变相同，因此该传感器的测量误差较小。

本实用新型全部由光纤和光纤无源器件构成，性能稳定可靠。所有元器件的工艺水平都已非常成熟，制作方便可行，便于推动光纤光栅传感技术的产业化进程，可以广泛用于各种领域。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。