[发明专利]光纤布拉格光栅微位移传感器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其是涉及一种圆柱型光纤布拉格光栅微位移传感器，属于光纤传感器件。

背景技术

光纤布拉格光栅微位移传感器是根据布拉格光栅的应变敏感特性，当布拉格光栅受到轴向应变作用，光栅的空间周期（即光栅栅距）发生变化，布拉格反射波长将会发生变化，通过光谱分析仪可以对中心波长漂移量的进行测量，由此可以检测出位移变化的大小。由于光纤布拉格光栅传感器不仅继承了光纤传感器的各种优点，如结构简单、体积小、重量轻、抗干扰、抗腐蚀等，还具有波长编码、波分复用等优点。

现有的光纤光栅位移传感器只能检测出位移的大小，然而位移是矢量，既有大小，也有方向，这就不仅需要能检测出位移的大小，同时也要反映出位移发生的方向的传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种光纤布拉格光栅微位移传感器及其测量方法，本发明采取内外壳互相嵌套和差动式测量相结合的方式，不仅提高了传感灵敏度，而且可以同时判断出位移发生的方向。

本发明所采用的技术方案是：一种光纤布拉格光栅微位移传感器，包括外壳、内壳，内壳设置在外壳内部，内壳和外壳之间还设有光纤布拉格光栅。

进一步地，外壳和内壳均采用圆柱形。

进一步地，光纤布拉格光栅设置在弹性膜片上。

进一步地，弹性膜片采用不锈钢，并在内壳与外壳之间的四个对称方向上放置。

进一步地，光纤布拉格光栅环绕内壳，并与内壳底面平行。

进一步地，弹性膜片与内壳相接触，并焊接在外壳上。

光纤布拉格光栅微位移传感器的测量方法，包括：

外壳受到与水平方向成θ角，大小为h的位移作用之后，通过检测光纤布拉格光栅的布拉格波长垂直方向漂移量Δλ_MN、水平方向漂移量Δλ_PQ，分别计算得出弹性膜片垂直方向变化量MN、水平方向变化量PQ，然后根据下式计算得出h和θ的大小：

h=MN2+PQ2θ=arctanMNPQ]]>

进一步地，通过检测得到的Δλ_MN、Δλ_PQ，计算MN、PQ的方法是根据下述两式：

MN=1/3.5*Δλ_MN

PQ=1/3.5*Δλ_PQ

其中，Δλ_MN、Δλ_PQ的单位为mm，MN、PQ的单位为nm。

本发明的优点：为了实现平面内各个方向微位移的测量，设计了一种新型的圆柱型光纤布拉格光栅微位移传感器，其采用圆柱型内筒和外壳嵌套的方式，结构简单，内壳固定，外壳产生位移变化作用于内壳，由于圆柱的对称性，可以有效感受平面内各个方向的位移。同时引入了差动式测量方法，两个光纤光栅作为光纤光栅对，根据两个光纤光栅反射波长变化的差异不仅可以检测位移的大小，还可以判断出位移的方向。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的横截面示意图。

图3是本发明的不锈钢弹性膜片结构示意图。

图4是本发明实施例测量方法的示意图。

附图标记说明：

1-圆柱体外壳2-圆柱体内壳3-不锈钢弹性膜片4-布拉格光栅（FBG）

具体实施方式