[发明专利]一种非接触式光纤光栅位移传感器及其制备

说明书

本发明属于光纤传感器测量领域，公开一种非接触式光纤光栅位移传感器，包括磁性光纤光栅传感器测量探头（1）、永磁体圆形阵列（2）、角线位移转换装置（3）、光电编码扫描器探头，其特征在于，将磁性光纤光栅测量探头（1）以及光电编码扫描器探头安装在永磁体圆形阵列的铝圆盘转动的起始位置，并加以固定；角线位移转换装置（3）包括位移标杆、位移弹簧，位移标杆中部滑动环固定在传感器壳体上，位移弹簧一端固定在该滑动环上，弹簧另一端固定在位移标杆的末端，位移标杆末端带有光纤线缆。采用光纤光栅与浮动式磁头相结合的方法，得到准确的位移与光纤光栅中心波长的关系。该传感器系统可以实现对位移量的精确测量，满足工程要求。

技术领域

本发明属于光纤传感器测量领域，具体涉及一种非接触式光纤光栅位移传感器。

背景技术

工程实践表明：结构健康监测在航空航天、土木工程，铁路交通等领域起着至关重要的作用。对结构的破坏机理和修正计算模型的认识，有助于提高减震减灾能力，防患于未然，其中位移检测是测量技术中最重要的物理量之一。传统的电测量方式由于其较大的局限性，难以实现长期、稳定、远距离的测量。而光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器，具有结构简单、抗电磁干扰、测量精度高、体积微小、波长编码、远距离传输等优点，已得到广泛的应用。

目前，国内外对光纤光栅位移传感器的研究已经相当深入：直接拉伸法，将光纤光栅的一端固定，另一端随导轨移动，灵敏度高但是量程特别小，且容易把光栅拉断；弹片式位移传感器，通过弯曲的弹片把位移形变转换成光栅的应变，再通过解调光栅中心波长的漂移量来测得相应的位移，缺点是量程小且不适应于工程应用。悬臂梁结构的传感器，采用粘贴在悬臂梁上下表面的光栅波长漂移差来实现温度补偿，缺点是传感器尺寸大，滑块易产生竖向位移。

发明内容

本发明的目的是为了解决这一问题，提供一种非接触式光纤光栅位移传感器及其制备，采用光纤光栅与浮动式磁头相结合，将角位移转化为测试标杆的线位移，同时通过多根光纤光栅的方法，得到准确的位移与光纤光栅中心波长的关系。该传感器系统可以实现对位移量的精确测量，满足工程要求。试用于飞机前起落架等关键部位位移测量的非接触式光纤光栅位移传感器。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种非接触式光纤光栅位移传感器，包括磁性光纤光栅传感器测量探头1、永磁体圆形阵列2、角线位移转换装置3、光电编码扫描器探头，将磁性光纤光栅测量探头1以及光电编码扫描器探头安装在永磁体圆形阵列2的铝圆盘转动的起始位置，并加以固定；角线位移转换装置3包括位移标杆、位移弹簧，位移标杆中部滑动环固定在传感器壳体上，位移弹簧一端固定在该滑动环上，弹簧另一端固定在位移标杆的末端，位移标杆末端带有光纤线缆。

优选地，磁性光纤光栅传感器测量探头为浮动式磁性光纤光栅传感器测量探头。

优选地，永磁体圆形阵列2，包括铝圆盘、8个圆柱形永磁体、发条弹簧，铝圆盘边缘均匀分成8份，在每份铝圆盘边缘处按照向上一侧N-S-N-S的方式依次固定圆柱形永磁体；在永磁体阵列位置内部，以45°为单位，依次装贴三位光电标志条码，条码编码即为三位二进制形式，覆盖从000到111共组成8个不同的数字域；铝圆盘底部安装发条弹簧。

优选地，圆柱形永磁体为扁平圆柱体，直径为2mm，厚度为2mm，永磁体由第二代稀土元素制成。

优选地，位移弹簧长度为150mm，压缩后长度小于等于30mm。

一种非接触式光纤光栅位移传感器的制备，包括如下步骤，