[发明专利]一种光纤布拉格光栅式杆力传感器

权利要求书

1.一种光纤布拉格光栅式杆力传感器，包括第一关联平行梁(1)、第二关联平行梁(2)，其特征在于、第一光纤布拉格光栅应变传感器(3)和第二光纤布拉格光栅应变传感器(4)沿第一关联平行梁(1)的轴线对称地粘贴在该关联平行梁(1)中一个梁的外侧；第三光纤布拉格光栅应变传感器(5和第四光纤布拉格光栅应变传感器(6)沿第二关联平行梁(2)的轴线对称地粘贴在该关联平行梁(2)一个梁的外侧；第一光纤布拉格光栅应变传感器(3)、第三光纤布拉格光栅应变传感器(5)串行联接；第二光纤布拉格光栅应变传感器(4)、第四光纤布拉格光栅应变传感器(6)串行联接。

2.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅式杆力传感器，其特征在于：所述的第三光纤布拉格光栅应变传感器(3)、第四光纤布拉格光栅应变传感器(4)、第三光纤布拉格光栅应变传感器(5)和第四光纤布拉格光栅应变传感器(6)为相同材料，具有相同结构和中心波长。

3.根据权利要求1或2所述的光纤布拉格光栅式杆力传感器，其特征在于：所述的第三光纤布拉格光栅应变传感器(3)、第四光纤布拉格光栅应变传感器(4)、第三光纤布拉格光栅应变传感器(5)和第四光纤布拉格光栅应变传感器(6)为贴片式光纤布拉格光栅传感器或裸光纤布拉格光栅传感器。

4.一种采用权利要求1～3所述任一种光纤布拉格光栅式杆力传感器测量受力的系统，其特征在于包括宽带光源、光纤环形器、1×2光开关、光纤布拉格光栅式杆力传感器、计算机和光纤解调仪；宽带光源发出的光进入光纤环形器后进入1×2光开关输入端，光开关输出端(11)联接第一光纤布拉格光栅应变传感器(3)与第三光纤布拉格光栅应变传感器(5)串行联接后的其中一端，光开关的输出端(12)联接第二光纤布拉格光栅应变传感器(4)与第四光纤布拉格光栅应变传感器(6)串行联接后的其中一端；光纤解调仪和1×2光开关分别联接计算机，计算机控制光开关通断时间，光纤布拉格光栅反射回来的光通过光纤环形器进入光纤解调仪，计算机通过光纤解调仪监测光纤布拉格光栅应变传感器中心波长的变化以测量杆力信号。

5.一种利用权利要求4所述的系统测量受力的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将待测力施加于光纤布拉格光栅式杆力传感器，受力的方向与光纤布拉格光栅式杆力传感器相垂直；

步骤2：将与待测力方向垂直的关联平行梁上的两个光纤布拉格光栅应变传感器的中心波长漂移量相减，得到两个光纤布拉格光栅应变传感器中心波长漂移量的差值Δλ；

步骤3：

若Δλ＝0，杆力信号为零；

若Δλ≠0，杆力信号为其中k为常数，λ₀为光纤布拉格光栅应变传感器的中心波长，L为第一关联平行梁(1)和第二关联平行梁(2)每个梁面长边长度，b为第一关联平行梁(1)和第二关联平行梁(2)每个梁面宽边边长度，h为第一关联平行梁(1)和第二关联平行梁(2)每个梁面的厚度，z₀为光纤布拉格光栅应变传感器的粘贴位置，E为关联平行材料的弹性模量，p_e为光纤的有效光弹系数。