CN102221333A - 一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器 - Google Patents

一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器 Download PDF

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钟川
沈天禛
吴斌
叶兰芝
王科
牟晟
蒋晔婷
蔡丹丹
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Abstract

一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器，属于光纤传感技术领域：由第一等腰三角形结构梁(1)、第二等腰三角形结构梁(2)、光纤光栅(3)、尾纤(4)和固定支架(5)组成，该位移传感器利用独特的双等腰三角形结构设计解决了光纤光栅的温度-应变交叉敏感问题。

Description

一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器
技术领域
本发明涉及一种解决温度应变交叉敏感问题的光纤光栅位移传感器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
光纤光栅传感器是一种特殊的光纤传感器，除了具有光纤传感器的特点外，还具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、灵敏度高、传输距离远、安全性好、结构简单、质量轻等优点。在石油、化工、大型建筑物、公路、桥梁等的安全监测等方面具有广泛的应用前景。然而，在实际应用中，光纤光栅的布拉格波长对应变和温度都是敏感的，即光纤光栅传感器存在温度-应变交叉敏感问题，这成为制约其发展的一个关键，成为实际应用中必然要面对和解决的问题。本发明采用一个密度、厚度均匀但不对称的双等腰三角形简支梁结构设计，解决了光纤光栅传感器在实际运用中的温度-应变交叉敏感问题。
发明内容
本发明属于光纤传感技术领域。设计了一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器结构简单，易于操作。
所述的一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器，其特征在于：由第一等腰三角形结构梁(1)、第二等腰三角形结构梁(2)、光纤光栅(3)、尾纤(4)和固定支架(5)组成。
所述的一种双等腰三角形结构的简支梁光纤光栅位移传感器，其特征在于：第一等腰三角形结构梁(1)底长5cm至5.5cm，高9cm至10cm；第二等腰三角形结构梁(2)底长4cm至4.5cm，高7cm至8cm；底座(5)为正方形结构，长宽分别与三角形梁的底长相同，整个简支梁结构厚度为4.5mm至5.0mm，由密度均匀的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者65#锰刚材料制成。
所述的一种双等腰三角形结构的简支梁光纤光栅位移传感器，其特征在于：用环氧树脂将光纤光栅(3)刚性粘贴在第一等腰三角形梁(1)和第二等腰三角形梁(2)的交叉部位。
该传感器利用双等腰三角形的结构设计，能够解决光纤光栅温度-应变交叉敏感问题，结构简单，操作方便。
附图说明
图1是双等腰三角形结构简支梁光纤光栅位移传感器示意图；
图2是不同位移情况下反射光谱展宽实验图。
具体实施方式
实例1：如图1所示，一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器，由第一等腰三角形结构梁(1)、第二等腰三角形结构梁(2)、光纤光栅(3)、尾纤(4)和固定支架(5)组成。
第一等腰三角形结构梁(1)底长为5cm，高为9cm；第二等腰三角形结构梁(2)底长为4cm，高为7cm；底座(5)为正方形结构，长宽分别与三角形梁的底长相同，整个简支梁结构厚度为4.5mm。
用环氧树脂将光纤光栅(3)刚性粘贴在第一等腰三角形梁(1)和第二等腰三角形梁(2)的交叉部位。第一等腰三角形梁(1)和第二等腰三角形梁(2)的材质为密度均匀的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，将固定支架(5)固定在两合适的支撑物体之间，便于测量梁受压后位移的大小。
本发明基于以下原理：光纤光栅在温度和应力作用下，均会造成布拉格波长的漂移，当光纤光栅用于传感测量时，单个光纤光栅自身无法分辨出应变和温度分别引起的Bragg波长的漂移量。
本发明采用特殊的双等腰三角形简支梁结构设计，将光纤光栅刚性粘贴在两三角形交叉部位的中轴线上，由于两三角形结构不对称，当同样大小的力作用于该交叉部位时，两三角形梁会产生两个不同程度的弯曲，从而使刚性粘贴在交叉线左右两端的光纤光栅受到两大小不同的应变，使光纤光栅受力呈阶梯状分布，啁啾效应使经光纤光栅反射光谱展宽。简支梁各部位厚度相同，材料均匀，温度变化对材料各部位的影响相同。如图2所示，当位移在0mm至15mm的范围内变化时，反射光谱呈线性展宽，并且整体向长波长方向移动。因此，温度变化对输出光谱的宽度没有影响，只会使光谱整体朝一个方向漂移。基于反射光谱的温度不敏感特性，可以通过检测光谱宽度的变化来实现位移测量。

Claims (3)

1.一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器，属于光纤传感技术领域，由第一等腰三角形结构梁(1)、第二等腰三角形结构梁(2)、光纤光栅(3)、尾纤(4)和固定支架(5)组成。
2.根据权利要求1所述的一种双等腰三角形结构的简支梁光纤光栅位移传感器，其特征在于：如图1所示的第一等腰三角形结构梁(1)的底长度为5cm至5.5cm，高9cm至10cm；第二等腰三角形结构梁(2)的底长度为4cm至4.5cm，高7cm至8cm；底座(5)为正方形结构，长宽分别与三角形梁的底长相同，整个简支梁结构厚度为4.5mm至5.0mm，由密度均匀的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者65#锰刚材料制成。
3.根据权利要求1所述的，一种双等腰三角形结构的简支梁光纤光栅位移传感器，其特征在于：用环氧树脂将光纤光栅(3)刚性粘贴在第一等腰三角形梁(1)和第二等腰三角形梁(2)的交叉部位。
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