CN109341943A - 一种基于光纤的微小力传感器的标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，包括机械单元、光纤检测单元，通过机械结构对需要标定的微小力传感器施加作用力，然后通过光纤检测单元将机械单元施加的力的参数检测出来，再经过多次测试，记录进而进行标定。这种检测方法对砝码式的标定方法具有独特的优势，精度提高，使用寿命更长，避免腐蚀对作用力产生误差。
Description
技术领域
本发明属于力学领域，尤其是一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，特别适用于高精度物理实验和工业高精度机械设备矫正使用。
背景技术
由于砝码式的标定台具有各种情况的干扰，在实际情况下，各种因素会对砝码的质量产生影响，例如腐蚀、跌落等，以及物理上的局限性，导致精度下降。特别在微小力的传感器上，发生误差的可能性增大，用激光来检测将能够避免各种因素的干扰，特别在检测精度上将会大大提高，因此，使用激光来检测当前力的参数是特别合适的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够取代砝码式的标定方法，并且提高微小力传感器的标定精度，减少因腐蚀所带来的误差影响，提搞标定效率。
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，用来解决砝码误差大的问题，提高标定精度，主要途径是通过采集施加在微小力传感器上的力的参数来达到标定的目的，通过反射在具有形变物体上的激光来获取力的参数。
一种基于光纤的微小力传感器的标定装置，包括机械单元、光纤检测单元；
所述机械单元包括探针和工作台，所述的探针安装在所述工作台上；
所述光纤检测单元包括光纤、激光分析设备、计算机以及软件部分；
所述激光分析设备包括激光产生装置和接受分析装置，所述激光产生装置能够提供稳定的电源并且能够驱动激光源发射出特定波长的激光，所述接受分析装置能够接收返回的激光，并且能够分析其有关光照强度、相位或者频谱的信息。
上述基于光纤的微小力传感器的标定装置，其使用方法包括以下使用步骤：
①固定需要被标定微小力传感器：使用者需要将被标定微小力传感器固定在标定台上；
②调节固定工作台位置：使用者需要调节固定工作台位置，使待标定微小力传感器与探针轻微接触；
③连接设备：打开激光分析设备，计算机等***设备，待初始化完成；
④调节工作时力的参数：调节力产生器旋钮观看计算机显示屏有关当前产生的力有关参数，选择合适的参数时停止，等待记录有关数据后可继续调节选择另外的常数，继续实验；
⑤结束标定：关闭计算机，光栅仪等***设备，然后调节工作台，使标定物体离开探针，最后取走微小力传感器。
优选地，使用弹性元件来对被标定物体施加力，不使用砝码。
优选地，使用独特设计的探针结构。
优选地，使用激光分析的方法来度量力，避免了砝码带来的误差。
优选地，使用反馈探针对被标定物体的力的参数使用膜片式结构、差动式结构或是采用光栅分析的方法。
优选地，使用计算机辅助来计算分析和显示当前各种参数何统计。
优选地，使用F-P谐振腔结构，不限于本征型(传感一体)、非本征型和复合型。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明采用的使用激光来测量当前施加在被标定微小力传感器的方法会极大提高标定精度；2、本发明采用计算机直接显示比砝码来的更加高效，直观，而且具有记录功能；3、本发明不会因为腐蚀产生过大的误差。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实例所述的整体结构框图示意图；
图2为本发明实例所述的简易工作台结构示意图；
图3为本发明实例所述的机械结构中探针的结构示意图；
图4为本发明实例所述的光纤法布里-珀罗腔原理示意图；
图5为本发明实例所述的光纤法布里-珀罗腔其中一种结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
一种基于光纤的微小力传感器的标定装置，如图1所示，本实例的机械单元由探针11和普通工作台12组成，光纤检测单元有激光分析设备和计算机组成。其中，探针主要结构如图2所示，中间连接着一根光纤111，光纤末端118经过独特的处理，可以反射出带有信息的反射光。金属块112嵌入113中，下部连接着弹性元件116，弹性元件116连接着另一块金属块117，光纤111在这些元件中间穿过，另外弹性元件114对内部具有支持作用，也能消除部分重力对弹性元件116的影响，延长使用寿命，115是调节旋钮，用来调节金属块112的位置，当金属块112的位置改变时，对弹性元件116的压力也会发生改变，因此，弹性元件116会发生形变，因而会对金属块117产生作用力，最后，力会传递到待标定微小力传感器上，由于力的作用是相互的，探针受到的力大小与待标定微小力传感器121受到的力的大小是相等的，因此，我们可以通过检测探针受到的力来测量微小力传感器121受到的力。
如图3所示的本实例的工作台结构示意图，工作台12主要由底座122、支架124、滑动块123组成，探针11安装在滑动块123上，待标定微小力传感器121放置于底座上，底座要有足够的重量，使工作台能够稳定，标定时移到滑动块123，使探针11轻微接触待标定微小力传感器121即可。
本实例采用法布里-珀罗腔(Fabry-Perot，F-P)传感器来检测探针受到的力，法布里-珀罗腔(Fabry-Perot，F-P)由俩个彼此平行的镜面构成的多光束干涉结构，耦合输入到F-P腔中光波在两镜面M1和M2之间多次反射，一部分光从另一界面输出。如图4所示，通过在探针11末端形成法布里-珀罗腔，在力发生改变时，腔长也会发生微小改变，也就是镜面M1和M2之间的距离L会发生改变，我们就能在激光中检测到有关信息，通过激光分析设备的处理，我们就可以在计算机显示屏上看到当前施加在传感器上力的有关参数，因此可以对微小力传感器进行标定。
如图5所示的本实例中图2中光纤末端118的采用的一种光纤法布里-珀罗腔其中一种结构示意图，光纤前端1181和后端光纤段1183中间隔开，外面套着一层石英管1182，再使用环氧树脂胶固定在金属块117上，本实施例也可以采用其他法布里-珀罗腔结构包括本征型(传感一体)、非本征型、复合型以及各种变体。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种基于光纤的微小力传感器的标定装置，其特征在于：包括机械单元、光纤检测单元；
所述机械单元包括探针和工作台，所述的探针安装在所述工作台上；
所述光纤检测单元包括光纤、激光分析设备、计算机以及软件部分；
所述激光分析设备包括激光产生装置和接受分析装置，所述激光产生装置能够提供稳定的电源并且能够驱动激光源发射出特定波长的激光，所述接受分析装置能够接收返回的激光，并且能够分析其有关光照强度、相位或者频谱的信息。
2.与权利要求1所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定装置对适应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①固定需要被标定微小力传感器：使用者需要将被标定微小力传感器固定在标定台上；
②调节固定工作台位置：使用者需要调节固定工作台位置，使待标定微小力传感器与探针轻微接触；
③连接设备：打开激光分析设备，计算机等***设备，待初始化完成；
④调节工作时力的参数：调节力产生器旋钮观看计算机显示屏有关当前产生的力有关参数，选择合适的参数时停止，等待记录有关数据后可继续调节选择另外的常数，继续实验；
⑤结束标定：关闭计算机，光栅仪等***设备，然后调节工作台，使标定物体离开探针，最后取走微小力传感器。
3.如权利要求2所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，其特征在于，使用弹性元件来对被标定物体施加力。
4.如权利要求2所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，其特征在于，使用激光的方法来度量力。
5.如权利要求2所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，其特征在于，反馈探针对被标定物体的力的参数使用膜片式结构、差动式结构或采用光栅分析的方法。
6.如权利要求2所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，其特征在于，使用计算机辅助来计算分析和显示当前各种参数和统计。
7.如权利要求2所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，其特征在于，使用F-P谐振腔结构、本征型、非本征型或者复合型及其各种变体。
8.如权利要求2所述的一种基于光纤的微小力传感器的标定方法，其特征在于，所述激光分析设备能够解析出激光中有关光照强度、相位或者频谱信息。
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