專利名稱：一種對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)的方法。
背景技術(shù)：
基于布里淵散射式的光纖傳感器(光纖陀螺光纖環(huán))和基于光纖光柵的應(yīng)變傳感器(FBG)，廣泛應(yīng)用于航空航天器件的姿態(tài)控制、精確制導(dǎo)及大型橋梁建筑的健康檢測領(lǐng)域。將布里淵散射系數(shù)、波長漂移量和光纖所承受的應(yīng)變聯(lián)系起來。這些方法存在儀器昂貴，難以溯源等缺點?，F(xiàn)有的校準(zhǔn)測試方法，大多是采用比對測量的方式，測試精度難以保證。光纖環(huán)內(nèi)部的應(yīng)力分布狀況及其質(zhì)量直接影響著光纖陀螺的精度和穩(wěn)定性，是制約國內(nèi)當(dāng)前高精度光纖陀螺的重要因素。目前國內(nèi)還沒有成熟商用的光纖環(huán)應(yīng)力分布測試系統(tǒng)，主要依賴進(jìn)口。如何對光纖環(huán)內(nèi)部的應(yīng)力分布進(jìn)行測試和標(biāo)定，解決應(yīng)變溯源性問題也 是當(dāng)前應(yīng)變傳感器領(lǐng)域的重要研究課題，對FBG的應(yīng)變進(jìn)行精確標(biāo)定也是當(dāng)前研究熱門之
o目前國內(nèi)外關(guān)于光纖應(yīng)變傳感器應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)方法介紹很少，這些方法大都是通過其他方式得到一個應(yīng)變量作為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變參考量，參考電阻應(yīng)變片的校準(zhǔn)方法，主要有彈性模量法、等強度梁法等。彈性模量法是將待測的光纖傳感器粘貼在特定彈性材料制作的拉伸試件上，然后利用拉力機對試件進(jìn)行拉伸。金屬材料載彈性范圍內(nèi)，正應(yīng)力O正比于正應(yīng)變e，此規(guī)律稱為胡克定律，用公式表示如下O =Ee式中E稱為彈性模量，其中O = A P/A，A為試件截面面積，e為拉伸試件應(yīng)變量。在測量載載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變值，則應(yīng)變量可按下式計算=
E A等強度梁如圖I所示，梁厚為h，梁長為L，固定端寬為B，自由端寬為b。梁的截面成等腰三角形。將光纖應(yīng)變傳感器粘貼于懸臂梁的的上下表面，如果在懸臂梁的自由端施加一個可控的豎直向下的壓力，由材料力學(xué)可知梁內(nèi)各橫截面產(chǎn)生的應(yīng)力是相等的，表面上任意位置的應(yīng)變也相等，其應(yīng)變公式為S = 6FL
EBh2彈性模量法、等強度懸臂梁法是電阻應(yīng)變片傳感器的測量中的常用方法，其中彈性模量法在工程中應(yīng)用較多，但測量精度不高，等強度懸臂梁法常用在實驗室測量中，測量精度較高，但不適合大應(yīng)變量的測量，測量范圍較為狹窄，難以滿足當(dāng)前工程應(yīng)用中大應(yīng)變
量的測量需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺點，本發(fā)明采用精密位移傳感器結(jié)合光纖傳感器制作光纖應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)件的方式，將應(yīng)變溯源到長度，測量精度能夠得到保證，為當(dāng)前的光纖傳感器校準(zhǔn)測量提供一種便捷、精確的服務(wù)。
本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本方法采用位移測量法，將精密位移傳感器和光纖傳感器相結(jié)合的方式制作標(biāo)準(zhǔn)傳遞件產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變量，間接達(dá)到對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)。光纖應(yīng)變傳遞件主要包括“凹”字形光學(xué)支架、標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器、精密位移傳感器、位移傳感器控制器等?！鞍肌弊中喂鈱W(xué)支架由光學(xué)滑軌導(dǎo)槽、固定端、自由端組成。自由端、固定端上方刻有“V”形槽。位移傳感器的底座和滑軌由螺栓固定，橫向上和光學(xué)支架的自由端連接，通過數(shù)據(jù)線和位移傳感器控制器相連接。首先將待測的標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器粘貼端切剝、清潔預(yù)處理后，裸光纖表面粘貼在光 學(xué)支架的“V”形槽上面。粘膠劑一般選用采用環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸鹽粘合劑等楊氏模量比較大的化學(xué)試劑。粘貼過程中，光纖傳感器自然無應(yīng)力，保證粘貼的光纖沿光纖應(yīng)變傳遞件軸向偏差不超過0. 1mm。通過位移傳感器系統(tǒng)操作界面控制位移傳感器移動拉伸光纖傳感器，精密位移傳感器為普愛納米位移技術(shù)有限公司(PD制造的N216.2A位移促動器，步進(jìn)精度可達(dá)10nm。在拉伸長度為AL的情況下,根據(jù)應(yīng)變定義,位移傳感器給光纖傳感器施加的外在應(yīng)變?yōu)锳L/L。光纖傳感器的一端和光纖傳感器應(yīng)力測試儀器相連，將應(yīng)變測試儀器所測試的拉伸過程中光纖的應(yīng)變和理論值A(chǔ) L/L進(jìn)行比對，達(dá)到對光纖傳感器應(yīng)力測試儀器的計量校準(zhǔn)，通過量值傳遞對其它光纖傳感器的應(yīng)變量測量校準(zhǔn)。發(fā)明中，標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器的選擇對標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變量的獲取有著至關(guān)重要。對于光纖光柵傳感器(FBG)，要求所選取的標(biāo)準(zhǔn)FBG的反射譜較為穩(wěn)定，中心波長的長期(Ih)穩(wěn)定性不超過lpm?；诓祭餃Y散射式的光纖傳感器(光纖環(huán))，應(yīng)變參量的校準(zhǔn)步驟和FBG基本類似，選用溫度性能較為穩(wěn)定的保偏光纖環(huán)作為標(biāo)準(zhǔn)件，布里淵散射式應(yīng)力分析儀在標(biāo)準(zhǔn)光纖兩端注入泵浦光、激勵光進(jìn)行應(yīng)變校準(zhǔn)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I等強度梁圖2光纖應(yīng)變傳遞件結(jié)構(gòu)圖其中1一固定端，2- “凹”字光學(xué)支架，3-標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器，4-自由端，5-精密位移傳感器，6-拉伸方向
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本方法采用位移測量法，將精密位移傳感器和光纖傳感器相結(jié)合的方式制作標(biāo)準(zhǔn)傳遞件產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變量，間接達(dá)到對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)。光纖應(yīng)變傳遞件主要包括“凹”字形光學(xué)支架2、標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器3、精密位移傳感器5、位移傳感器控制器等?！鞍肌弊中喂鈱W(xué)支架2由光學(xué)滑軌導(dǎo)槽、固定端I、自由端4組成。自由端、固定端上方亥陏“V”形槽。位移傳感器的底座和滑軌由螺栓固定，橫向上和光學(xué)支架的自由端連接，通過數(shù)據(jù)線和位移傳感器控制器相連接。
首先將待測的標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器粘貼端切剝、清潔預(yù)處理后，裸光纖表面粘貼在光學(xué)支架的“V”形槽上面。粘膠劑一般選用采用環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸鹽粘合劑等楊氏模量比較大的化學(xué)試劑。粘貼過程中，光纖傳感器自然無應(yīng)力，保證粘貼的光纖沿光纖應(yīng)變傳遞件軸向偏差不超過0. 1mm。標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器黏貼在“凹”字光學(xué)支架上，通過位移傳感器系統(tǒng)操作界面控制位移傳感器移動拉伸光纖傳感器，精密位移傳感器為普愛納米位移技術(shù)有限公司(PD制造的N216.2A位移促動器，步進(jìn)精度可達(dá)10nm。在拉伸長度為A L的情況下，根據(jù)應(yīng)變定義，位移傳感器給光纖傳感器施加的外在應(yīng)變?yōu)锳L/L。光纖傳感器的一端通過光纖連接器和光纖傳感器應(yīng)變測試儀器相連，將應(yīng)變測試儀器所測試的拉伸過程中光纖的應(yīng)變e和理論值A(chǔ) L/L進(jìn)行比對，達(dá)到對光纖傳感器應(yīng)變測試儀器的計量校準(zhǔn)，通過量值傳遞對待測光纖傳感器的應(yīng)變量進(jìn)行測量校準(zhǔn)。發(fā)明中，標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器的選擇對標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變量的獲取有著至關(guān)重要的作用。對于光纖光柵傳感器(FBG),要求所選取的標(biāo)準(zhǔn)FBG的反射譜較為穩(wěn)定，中心波長的長期(Ih)穩(wěn) 定性不超過lpm?；诓祭餃Y散射式的光纖傳感器(光纖環(huán))，應(yīng)變參量的校準(zhǔn)步驟和FBG基本類似，選用溫度性能較為穩(wěn)定的保偏光纖環(huán)作為標(biāo)準(zhǔn)件，布里淵散射式應(yīng)力分析儀在 標(biāo)準(zhǔn)光纖兩端注入泵浦光、激勵光進(jìn)行應(yīng)變校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)的方法，采用位移測量法，將精密位移傳感器和光纖傳感器相結(jié)合的方式制作標(biāo)準(zhǔn)傳遞件產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變量，間接達(dá)到對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)傳遞件包括“凹”字形光學(xué)支架、標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器、精密位移傳感器、位移傳感器控制器，“凹”字形光學(xué)支架由光學(xué)滑軌導(dǎo)槽、固定端、自由端組成，自由端、固定端上方刻有“V”形槽，位移傳感器的底座和滑軌由螺栓固定，橫向上和光學(xué)支架的自由端連接，通過數(shù)據(jù)線和位移傳感器控制器相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)的方法，其特征在于所述的校準(zhǔn)過程為將選定的標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器粘貼端切剝、清潔預(yù)處理后，裸光纖表面用粘膠劑粘貼在光學(xué)支架的“V”形槽上面，通過位移傳感器系統(tǒng)操作界面控制位移傳感器移動拉伸光纖傳感器，光纖傳感器的一端和光纖傳感器應(yīng)變測試儀器相連，將應(yīng)變測試儀器所測試的拉伸過程中光纖的應(yīng)變ε和外在應(yīng)變理論值A(chǔ)L/L進(jìn)行比對。完成對應(yīng)變分析儀器的計量校準(zhǔn)，再用校準(zhǔn)后的應(yīng)變分析系統(tǒng)量值傳遞對光纖傳感器進(jìn)行應(yīng)變參量校準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)的方法,其特征在于所述粘膠劑一般選用采用環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸鹽粘合劑等楊氏模量比較大的化學(xué)試劑，粘貼過程中，光纖傳感器自然無應(yīng)力，保證粘貼的光纖沿光纖應(yīng)變傳遞件軸向偏差不超過O. 1mm。
全文摘要
一種對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)校準(zhǔn)的方法，采用位移測量法，將精密位移傳感器和光纖傳感器相結(jié)合的方式制作標(biāo)準(zhǔn)傳遞件產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變量，間接達(dá)到對光纖傳感器、光纖光柵應(yīng)變參數(shù)的校準(zhǔn)，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)傳遞件包括“凹”字形光學(xué)支架、標(biāo)準(zhǔn)光纖傳感器、精密位移傳感器、位移傳感器控制器，“凹”字形光學(xué)支架由光學(xué)滑軌導(dǎo)槽、固定端、自由端組成，自由端、固定端上方刻有“V”形槽，位移傳感器的底座和滑軌由螺栓固定，橫向上和光學(xué)支架的自由端連接，通過數(shù)據(jù)線和位移傳感器控制器相連接。
文檔編號G01B11/16GK102679900SQ20121015494
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者紀(jì)寶平, 趙耀, 鄭光金, 韓正英, 高業(yè)勝 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所