[发明专利]一种非接触式位移测量系统

说明书

本发明公开了一种非接触式位移测量系统，包括光源模块、解调模块、传感模块，所述传感模块通过接收光纤与光电探测器连接，所述光电探测器的输出端分别通过A/D转换器、除法器与解调系统连接；所述传感模块包括金属壳体，所述金属壳体的一端设置有安装槽，所述蓝宝石玻璃设置在安装槽内，且蓝宝石玻璃与安装槽之间构成冷却腔；所述冷却腔的内部安装有光纤束，所述发射光纤、第一接收光纤、第二接收光纤的一端分别通过光纤转换连接头汇聚到设置在冷却腔内的光纤束；所述冷却腔内部通过惰性气体冷却。本发明通过蓝宝石玻璃可以隔离外部的高温、高压气体，并且通过冷却腔内部的冷气循环带走热量，保证系统的正常工作，具有较好的实用性。

技术领域

本发明属于位移测量的技术领域，具体涉及一种非接触式位移测量系统。

背景技术

在纳微米级的定位系统中，要求传感器能检测出微小的力和位移的信息。目前用于微位移检测的原理较多，如光学式位移传感器、光电式位移传感器、电感式位移传感器、电容式位移传感器、压电式位移传感器、以及超声波式位移传感器等多种类型。但这些位移传感器大多不能直接和长期应用于高温、高压等恶劣环境下。

位移传感器又称为线性传感器，是应用最广泛的传感器之一。电容式位移传感器一般量程都很小，小于1mm，其精度特别高，一般用于厚度测量，但是需要事先对被测体的导电性进行标定再进行测量，响应频率为几千赫兹到几十K赫兹不等，量程一般是mm级，精度一般是μm级。超声波式传感器属于非接触式测量传感器，其精度高，但由于声波脉冲间具有一定的间隔，因此，它只能实现准实时的位移检测，而不能实现实时的位移测量。电感式位移传感器，按其结构和原理一般都是由固定线圈和可动铁芯组成，当铁芯在线圈内沿轴向运动时，通过线圈电感的变化达到检测位移的目的。这些传统的位移传感器，普遍存在着测量范围较窄，结构较复杂，易受电磁干扰，应用场合有限等问题。

随着光纤制造技术的迅速发展和光纤材料的深入研究，光纤传感技术也得到了快速发展。光纤传感器与传统的各类传感器相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、耐高温、结构简单、体积小、重量轻等一系列独特的优点。因此，其在高温高压、辐射环境、工况监测、微机电等领域都具有极好的应用前景。以光作为传感和传导媒介的最大优势是传输容量大、抗电磁干扰能力强，以及作为光波载体的光纤(光波导)所具有的化学惰性和柔软性，光纤在传感领域不仅仅作为光信号的传输载体，而且开始成为传感的敏感单元。通过强度调制、相位调制等一系列手段调制光信号，使光信号直接成为位移、温度、压力、应变等传感量的测量手段。在智能材料、智能结构和大型结构监测，高电压、强磁场、核辐射以及生物医学等方面，光纤传感器是非常具有竞争力的测量手段。经过这些年的发展，光纤传感器在科研与工业应用中已经占有重要的一席之地，其主要的原因在于光纤与金属导线之间的根本区别，这一区别是由于光纤传感器具有以下一些独特的优点：

(1)抗电磁干扰能力强、电绝缘、耐腐蚀、本质安全。由于光纤传感器是利用光波传输信息，光纤又是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，这使它可以方便有效的应用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃、易爆等恶劣环境中。

(2)灵敏度高。光纤传感器可以利用强度调制、频率调制、相位调制等一系列的手段对光信号进行处理。随着技术的进步，光源的发光效率、输出功率的稳定性等得到了显著提高，且由于光信号的频率很高，采用相位相干法进行测量的灵敏度非常高，远远高于一般的传感器。目前在很多领域均已得到应用：如测量水声、加速度、辐射、磁场等物理量的光纤传感器；测量各种气体浓度的光纤化学传感器；测量各种生物量的光纤生物传感器等。

(3)体积小、重量轻、可弯曲。光纤除了具有体积小、重量轻的特点外还有可弯曲的优点，因此可以利用光纤制成尺寸小、重量轻、弯曲盘绕方便的各种传感器，这有利于航空航天以及在狭小空间中的应用。

(4)测量对象广泛。目前已有性能不同的测量各种物理量、化学量的光纤传感器在现场使用。

(5)对被测介质影响小，有利于在医药、卫生等具有复杂环境的领域中应用。