光栅位移传感器
在土木工程中,常用的位移传感器是应变式的位移传感器。它与二次仪表如应变仪、数字电压表配套使用,即可进行工程试验中的静态位移测量。由于其核心传感元件采用电类应变计,不可避免的带来了易受电磁辐射干扰、长期稳定性差的缺点,无法满足在强电磁辐射等恶劣工作环境中的工作需要。
光纤光栅是一种性能优良的应变传感元件。它具有灵敏度高,体积小,耐腐蚀,抗电磁辐射,光路可弯曲,便于实现远距离测量等优点;由于其采用波长编码技术,消除了光源功率波动及系统损耗的影响,适用于长期监测;而且多个光纤光栅组成的传感系统,采用一根光缆,可实现准分布式测量。
1.1.1        拉杆式位移传感器图4.44为光纤光栅位移传感器实物图,图4.45为该传感器的原理图。金属管内的FBG的弹性系数为,前部金属杆与一弹性系数为的弹簧相连,则位移传感器的弹性系数为

通过检测波长变化,即可求得位移,传感器的波长变化与位移呈线性关系,此种位移传感器的本质还是通过将位移量转变成应变变化。图4.46为这种光纤光栅位移传感器的标定结果图

图4.47和图4.48是我们所开发的拉杆式光纤光栅位移传感器的实物图及标定结果图。这种传感器可以进行双向位移测量,既可以测量拉伸位移也可以测量压缩位移。位移测量精度为25mm/nm,测量范围为0~80mm。
1.1.2       微位移传感器任亮等人[39]开发了一种接触式光纤光栅形状记忆合金管微位移传感器,克服了传统电类位移传感器易受电磁干扰、长期稳定性差的缺点,能够满足强电磁辐射等恶劣环境中的位移测量;利用形状记忆合金的弹性范围大的特点,大幅度提高了位移传感器的量程。
传感器如图4.49所示。弯管两端铜基片的相对位移变化会使形状记忆合金管发生形变,从而改变了光纤光栅的反射波长,通过测量光纤光栅反射波长的变化可以得出形状记忆合金弯管两端的相对位移变化。
图4.50为该位移传感器的标定结果图。从图中可以看出,位移与波长的关系是非线性的,为一个二次多项式关系,相关系数超过了0.999。该传感器的测量精度达到了0.001mm。

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