[实用新型]基于双FBG悬挂式探头结构的超精密微位移传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及微位移传感器，更具体地说一种用于微纳米量级的基于布拉格光纤光栅的微位移传感器。 

背景技术

微纳米技术是当前科技发展的重要前沿，其中具有微纳米量级的超精密测量技术是代表性的研究领域，也是微纳米科技得以发展的前提和基础。目前，国内外对于微纳米测量技术的研究非常活跃,提出了各种各样的测量原理和方法。 

国内外对于微纳米测量技术的研究非常活跃,提出了许多测量原理和方法。目前，能够进行纳米计量的方法主要有非光学方法和光学方法两大类。前者包括：SPM法、电容测微法、电感测微法；后者则包括：X射线干涉法、各种形式的激光干涉法和光学光栅等方法。由于光纤布拉格光栅具有灵敏度高、线性范围宽、重复性好、抗电磁干扰能力强、等优良传感特点，是纳米测量的优良传感器件，一种新型的基于光纤布拉格光栅的低成本的超精密微位移传感器系统被开发出来，实现对微电子、微机械器件的高精度测量需要。 

布拉格光纤光栅（FBG）作为一种光纤光栅传感器件，其优点有很多。首先，灵敏度很高，若采用高精度的解调检测系统，其分辨率可达nε级；其次，输出线性范围宽，在10000微应变范围内波长移动与应变有良好的线性关系；并且由于该传感探头结构简单、尺寸小，特别适合于微小尺寸的测量；同时，由于布拉格光纤光栅是一种波长编码传感的方式，因而不受光源强度、接头损失、光程损失因素的影响；且对环境干扰不敏感，能有效避免电磁场的干扰，这是一般电学传感器所无法比拟的；同时其寿命很长。因此，光纤光栅传感器件的应用领域非常广范，工程中的结构监测是其应用的一个热点和重点，在桥梁、建筑、海洋石油平台、油田及航空、大坝等工程中可以进行实时安全的温度及应变监测。同时，在航空航天业、电力工业、医学传感等其他领域也有很多的应用。 

基于光纤布拉格光栅具有尺寸小、灵敏度高、线性范围宽、重复性好、抗电磁干扰能力强、等优良传感特点，是纳米测量的优良传感器件，非常适合于微纳米级的尺寸和参数测量，用于微纳米测量领域具有很大的发展空间。 

但由于布拉格光纤光栅是在直径为125um的裸光纤上进行紫外光写入来形成，因此布拉格光纤光栅脆而易断，因此不能直接使用，必须进行封装。目前通常的封装方法是工程填埋封装和悬臂梁粘贴式封装，这两种封装方式尺寸结构较大，测量力也较大，不利于微纳器件 的尺寸和参数的超精密测量。 

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于双FBG悬挂式探头结构的超精密微位移传感系统，该超精密微位移传感器系统具有灵敏度高、稳定性好、长径比大、抗干扰性强等优点。 

本发明解决技术问题所采用的技术方案： 

基于双FBG悬挂式探头结构的超精密微位移传感系统，其特点是探头采用不锈钢针管为保护套，所述保护套内沿其轴向平行设置两根FBG光纤测杆，所述两根光纤测杆一端与保护套固定，另一端悬空以进行测量；其中一根光纤为测量光纤，其测杆端部具有伸出保护套外的测球，另一根光纤测杆为补偿光纤，包覆在保护套，其端部经熔烧加工形成封闭端。 

本发明结构特点还在于： 

所述测球通过电火花熔烧光纤测杆端部而成，所述测球与测量光纤测杆为一体化结构。 

所述测球直径小于250um。 

本发明所述测量光纤的测杆端部测球通过电火花熔烧而成，所述电火花熔烧是指对测杆端部通过放电方式进行熔烧，所述放电次数为2次，两次放电部位呈中心对称，所述每次放电电流为6mA，放电时间T为3000ms。 

与已有技术相比，本发明有益效果体现在： 

1、本发明中采用的测量敏感元件为高灵敏度的新型光学传感器件—布拉格光纤光栅，实现微纳米位移量测量的设计，区别于电容传感器、电感位移传感器、光学光栅传感器等现有微纳米测量技术中所采用的传感器件，为微纳米高分辨率传感测量的研究打开新的局面。 

2、本发明中FBG一体化悬挂测杆探头传感结构，具有结构紧凑小巧、长径比大、测力小的显著优点，更适合于微器件的微小尺寸测量。 

3、本发明中测杆顶端为一体化的光纤熔烧微球头，直径小于0.25mm，能有效减小测球畸变误差，满足细孔和槽型微器件的微测量。 

4、本发明中研制的双FBG探头传感结构，结合双传感差分处理技术，灵敏度高，稳定性好，具有干扰实时自修正能力，从根本上提高了测量信号的性噪比，显著减小测量误差，测量精度也大大提高。