光柵位移傳感器
在土木工程中,常用的位移傳感器是應變式的位移傳感器。它與二次儀表如應變儀、數字電壓表配套使用,即可進行工程試驗中的靜態位移測量。由于其核心傳感元件采用電類應變計,不可避免的帶來了易受電磁輻射干擾、長期穩定性差的缺點,無法滿足在強電磁輻射等惡劣工作環境中的工作需要。
光纖光柵是一種性能優良的應變傳感元件。它具有靈敏度高,體積小,耐腐蝕,抗電磁輻射,光路可彎曲,便于實現遠距離測量等優點;由于其采用波長編碼技術,消除了光源功率波動及系統損耗的影響,適用于長期監測;而且多個光纖光柵組成的傳感系統,采用一根光纜,可實現準分布式測量。
1.1.1        拉桿式位移傳感器圖4.44為光纖光柵位移傳感器實物圖,圖4.45為該傳感器的原理圖。金屬管內的FBG的彈性系數為,前部金屬桿與一彈性系數為的彈簧相連,則位移傳感器的彈性系數為

通過檢測波長變化,即可求得位移,傳感器的波長變化與位移呈線性關系,此種位移傳感器的本質還是通過將位移量轉變成應變變化。圖4.46為這種光纖光柵位移傳感器的標定結果圖

圖4.47和圖4.48是我們所開發的拉桿式光纖光柵位移傳感器的實物圖及標定結果圖。這種傳感器可以進行雙向位移測量,既可以測量拉伸位移也可以測量壓縮位移。位移測量精度為25mm/nm,測量范圍為0~80mm。
1.1.2       微位移傳感器任亮等人[39]開發了一種接觸式光纖光柵形狀記憶合金管微位移傳感器,克服了傳統電類位移傳感器易受電磁干擾、長期穩定性差的缺點,能夠滿足強電磁輻射等惡劣環境中的位移測量;利用形狀記憶合金的彈性范圍大的特點,大幅度提高了位移傳感器的量程。
傳感器如圖4.49所示。彎管兩端銅基片的相對位移變化會使形狀記憶合金管發生形變,從而改變了光纖光柵的反射波長,通過測量光纖光柵反射波長的變化可以得出形狀記憶合金彎管兩端的相對位移變化。
圖4.50為該位移傳感器的標定結果圖。從圖中可以看出,位移與波長的關系是非線性的,為一個二次多項式關系,相關系數超過了0.999。該傳感器的測量精度達到了0.001mm。

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