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差動(dòng)式光纖微彎傳感器
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/6/1

  1 引言
  光纖微彎傳感器是利用光纖彎曲變形引起纖芯或包層中傳輸?shù)墓廨d波強(qiáng)度變化這一原理制成的全光纖型傳感器。它是1980年J.N.Fields和J.H.Cole首次提出的,已經(jīng)廣泛用于力、應(yīng)變、位移、液位和溫度等的檢測。本文設(shè)計(jì)了一種差動(dòng)式光纖微彎傳感器,不僅可以用于測量拉(壓)力、位移、應(yīng)力、應(yīng)變等的大小,還可以判斷其方向,并對該傳感器的特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

  2 差動(dòng)式光纖微彎傳感器原理

    傳統(tǒng)的光纖微彎傳感器一般只能測量力、位移、應(yīng)力、應(yīng)變等的大小,無法知道這些參量的方向。為此,本文設(shè)計(jì)了一種差動(dòng)式光纖微彎傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。具體結(jié)構(gòu)是在兩個(gè)骨架上分別固定安裝兩個(gè)變形齒,不同骨架上的兩個(gè)變形齒相對放置構(gòu)成變形齒對,形成兩個(gè)光纖變形裝置。兩根光纖分別置于兩對微彎變形齒對的齒間隙中。通過增加了彈性裝置、變形齒限位和光纖定位槽,大大改善了差動(dòng)式光纖微彎傳感器的性能,并且使用簡單。設(shè)計(jì)變形齒的移動(dòng)位置限位,是防止光纖被夾斷。

    調(diào)整兩個(gè)骨架相對位置使光纖預(yù)先彎曲。兩個(gè)骨架相對移動(dòng)時(shí),一根光纖彎曲程度加劇,光功率損耗增加,另一根光纖的彎曲程度減弱,光功率損耗減小,構(gòu)成差動(dòng)式結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是,本差動(dòng)式光纖微彎傳感器不僅靈敏度是單一傳感器靈敏度的兩倍,而且可以確定拉(壓)力、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、加速度的方向以及溫度的增加或減小。

  3 差動(dòng)式光纖應(yīng)變傳感器

    首先,將傳感器固定安裝在鋁片上,利用萬能實(shí)驗(yàn)儀對鋁條進(jìn)行拉伸測試,進(jìn)行應(yīng)變的測量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。實(shí)驗(yàn)所使用的光源為LED。

  4 差動(dòng)式光纖微彎位移傳感器

  實(shí)驗(yàn)中,設(shè)定某一初始位置,使得兩根光纖的輸出光強(qiáng)相等。調(diào)節(jié)位移器,分別對平衡位置左右進(jìn)行位移測量,當(dāng)為正方向位移時(shí),隨著位移的增加,光纖A的光強(qiáng)增加,光纖B的光強(qiáng)減弱;當(dāng)為負(fù)方向位移時(shí),光纖B的光強(qiáng)增加,光纖A的光強(qiáng)減弱。測量時(shí),始終是一支光纖的光強(qiáng)增加,另一支光纖的光強(qiáng)減弱,構(gòu)成差動(dòng)式。根據(jù)兩根光纖的電壓變化,不僅可以判斷其位移的大小,還可以通過輸出的正負(fù)判斷方向。

  5 結(jié) 論

    從以上研究可以看出,差動(dòng)式光纖微彎傳感器的靈敏度是單一傳感器靈敏度的兩倍,而且可以測量拉(壓)力、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、加速度的大小和方向,或者判斷溫度的增加或減小。光纖微彎傳感器由于屬于強(qiáng)度調(diào)制,測試技術(shù)比較簡單,光纖微彎傳感器元件易于制作,可以較快地投入使用,而且具有成本較低的特點(diǎn)。

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