大家好今天来介绍光纤光栅位移传感器 的问题,以下是机器人网小编对此问题的归纳整理,来看看吧。
文章目录列表:
- 1、光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求
- 2、光纤光栅位移计 结构健康监测光纤光栅位移计的研制
- 3、光纤光栅扫描滤波法位移传感原理
- 4、光栅式传感器属于频率输出是数字传感器吗
- 5、光纤测温系统厂家
光纤位移传感器是基于光纤光栅原理的一种位移检测设备。在测量位移时,由于光纤位移传感器采用光学干涉原理进行测量,其所接触到的被测表面应具有以下要求:
1、表面应平整光滑。不得有衡和严重的凹凸不平、磨损等问题。
2、表面应干净,不得丛神有油污或灰尘等杂质。否则会导致光线扭曲、反射不准确而影响测量精度。
3、表面应有一定的发光性能。可以是漫反射表面、或者有较高的反射率。这是因为在测量过程中需要通过光线的反射来形成光栅,并产生相应的干涉效应。
4、表面不要有过于强烈的反射、折射咐郑盯或散射现象,也不要有颜色彩虹现象。否则会引起光线的干涉或分散现象,从而影响测量精度。因此,为了保证光纤位移传感器的正常工作和高精度测量,需要对被测体的表面进行特殊的处理,以满足上述要求。
光纤光栅位移计 结构健康监测光纤光栅位移计的研制
摘 要:结构健康监测对保证结构的长期安全运行具有重要的意义,而位移监测是测量技术中最基本的测量项目之一,是多种物理量测量的基础(如:振动、压力、应变、加速度等)。光纤光栅是目前在智能材料系统与结构健康监测研究与应用最为广泛的敏感材料之一,具有分布式绝对测量、抗腐蚀能力强等优点。本文基于光纤光栅的应变测量原理,设计开发出一种新颖的位移传感装置,详细推导和试验验证了该装置的传感特性。研究结果表明孝拍,该装置具有温度自补偿、线性度和重复性好、精度较高等优点,具有良好的应用前景。
关键词:结构健康监测;位移;光纤光栅;温度自补偿
ABSTRACT:Structural Health Monitoring is very important to ensure the safe of the structure in a long period. However the displacement monitoring is one of the most basic measuring items and it is the foundation of the measure of other physics quantities (such as: vibration、pressure、strain、acceleration and so on). Fiber Bragg grating(FBG) with advantages of quasi—distribution absolute measurement,high corrosion resistance,etc,has become one of the most popular sensing element for intelligent materials system and structural health monitoring. In this paper,a novel displacement cell based on FBG was developed.Its sensing properties was theoretically analyzed and tested by experiments.The research results show that the FBG-based displacement cell has good 1inearity,repetition,immunity of temperature changes.Such kind of FBG-based displacement cell shows great prospect for practical applications.
Keyword: structural health monitoring;displacement;Fiber Bragg grating; temperatureselfcompensation
中图分类号:TP212 文献标识码:A 文献标识码: A 文章编号:
1. 引 言
结构健康监测是土木工程学重要研究领域,其发展对认识结构的破肆慎嫌坏机理,识别和修正计算模型,最终提高结构防灾减灾能力具有重要意义[1]。而位移检测是测量技术中最基本的测量项目之一[2],是多种物理量测量的基础(如:振动、压力、应变、加速度、流量等)。裂手位移传感器按工作原理的不同可分为电阻式、振弦式、电感式和电容式等。它们有一个共同的缺点:数据不能长距离传输,耐久性较差。因此不适合于工程现场应用。光纤光栅是近10 年来出现的一种新型智能传感元件,具有抗潮、抗腐蚀能力强,耐久性好,结构简单,可以长距离传输,可以组成分布式传感网络等优点[3]。
本文基于光纤光栅的传感原理,并考虑到实际位移监测时必须排除温度的干扰,设计开发出一种带有温度自补偿的光纤光栅位移计,并进行了详细的原理推证和多种性能试验。
2. 光纤光栅位移计的结构设计
为了符合结构长期监测的要求,传感器结构应该具有:1)便于安装使用;2)能够温度自补偿;3)可靠性好;4)耐久性强等特点。根据上述要求,我们设计的光纤光栅位移计结构如图1所示。
1尾纤12尾纤23垫块4光纤光栅15光纤光栅26等强度梁7支杆
8楔块9探杆10压缩弹簧11连接杆
图1 光纤光栅位移计结构示意图
带有温度自补偿的光纤光栅位移计的组成部分主要包括:1)测量探杆:感知外界位移,是位移计的输入端;2)楔块:将位移量转换为等强度梁的挠度;3)等强度梁:位移计的核心组件,两个光纤光栅分别粘贴于等强度梁的上下表面,感受探杆位移引起的等强度梁的应变变化;4)压缩弹簧:给楔块提供恢复力。
3. 光纤光栅位移计的工作原理
3.1 光纤光栅波长与应变、温度间的关系
由Bragg 光栅的原理可知,它是温度和应变交叉敏感的元件。本设计为了消除温度对光栅工作的的影响,采用两个光纤光栅,因为两个光纤光栅彼此之间非常接近,我们可以认为两个光纤光栅的工作环境温度是相同的;而根据等强度梁的结构形式可以知道,等强度梁上下表面的应变数值相等、方向相反。光纤光栅在等强度梁上的布设图如下:
图2 等强度梁上光栅布设形式图
由Bragg光栅原理知光纤光栅位移计的两个光栅的表达式如下[4]:
(1)
(2)
其中 ,。
式中: —— 等强度梁的热膨胀系数;
—— 掺锗光纤的光热系数;
——为光纤光栅光弹系数。
—— 环境温度变化量。
因为;
用式(1)减去式(2),得:
(3)
又因为本次设计选用同一批光纤光栅,它们的传感特性一致,即,。则式(3)可以转换为:
(4)
3.2 等强度梁挠度与应变关系
设梁的固定端宽度为,梁长为,梁厚为,梁的弹性模量为,梁自由端挠度和梁自由端所承受的力的关系为:
(5)
等强度梁各点应变值和梁自由端所承受的力的关系为
(6)
将式(6)代入式(5)中得:
(7)
3.3 位移传感理论公式
如图1位移计原理图,假设测量探杆有位移量,则探杆推动楔块产生水平位移为,等强度梁在楔块作用力下的挠度为,则有如下关系式:
(8)
式中 ——楔块的倾斜角;
将式(7)代入(8)得出:
(9)
由式(4)和(9)可得出位移与波长间关系式
(10)
光纤光栅扫描滤波法位移传感原理
光纤光栅扫描滤波法位移传感原理是的光纤位置传感器可以橡虚测量绝对线位置和角位移,而且具有结构简单、精度高,工作温度范围宽和对振动不敏感的特点。
光栅位移传感器(又称光栅尺)一般是梁仿燃利用刻在某种载体(如玻璃、晶态陶瓷或钢带等)上的隔栅,作为测量的基准。其工作原理是利用感知光度变化的光电池扫描的方法进行测量。
光栅尺载体和指示光栅上每毫米刻有25线或50线。光线投射到已调整好的光栅上时,便会产生摩尔条纹图像,当大行光栅尺移时,图像的光强度将发生周期性的变化,这种变化被光电池接受后,经电子信号处理,便可达到检测位移量的目的。
光栅尺利用两路光电池输出两路正弦波或方波信号,检测两路信号的相位差,可知光栅尺的运动方向。光栅尺所检测的是相对位移,或称为增量式位移检测。
光栅式传感器属于频率输出是数字传感器吗
是咐祥的。
光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种,该光纤传感器主要是基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格(Bragg)波长的调制来获取传感信息,是一种波长调制型光纤传感器。下面我们就光纤光栅传感器的原理及应用等方面来向大家作介绍。
由于光纤光栅与光纤之间天然的兼容性,很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列,实现准分布式传感,加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外,且本身的传感信号为波长调制,测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗影响的特点,因此光纤光栅在传感领域的应卖高用引起了世界各国有关学者的广泛关注和极大兴趣。自从1989年Morey等人首先对光纤光栅的应变和温度传感特性进行了研衡配搏究后,光纤光栅传感器的应用领域不断拓展,现在人们已将其逐步应用于多种物理量的测量,制成了各种传感器。
(一)光纤光栅传感器的分类:
这些传感器主要包括光纤光栅应变传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。
以上就是小编对于光纤光栅位移传感器 问题和相关问题的解答了,希望对你有用