[发明专利]基于杠杆原理的布拉格光栅压力盒及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程量具，特别涉及一种用于小量程、高灵敏度的基于杠杆原理的布拉格光栅压力盒及测试方法。

背景技术

光纤光栅以其抗干扰能力强、电绝缘性能好、耐腐蚀、体积小、传输损耗小等独特的优势越来越受到重视。但是裸光栅的压力敏感系数仅仅为3pm/Mpa，这并不能满足普通压力测量的灵敏度的要求。

专利（CN101206150A）公开了一种基于膜片挠度的光纤压强传感器，包括：一支撑筒，该支撑筒的下端为用于感受压强的膜片，其侧壁开有两圆孔；一光纤光栅，该光纤光栅安装于支撑筒内，其两端穿过支撑筒侧壁的两圆孔，用于测量压强；一端盖，该端盖安装在支撑筒的上端，以密封该支撑筒；一杠杆，该杠杆概似一L形，该杠杆通过一轴平行于光纤光栅安装于支撑筒内部的中间，该杠杆的一端与膜片的中心点接触，该杠杆的另一端有一凸起，该杠杆用于传递压强。但是其传感器结构中的杠杆及弹簧组成的应变传递结构中弹簧与传感器外壳内壁相连，这加大了传感器加工难度，亦有可能增加传感器制作成本。本发明所涉及传感器制作工艺简单，可实现完整的外部制作，降低产品成本。

发明内容

本发明针对裸光栅压力敏感系数低下的问题，结合平面膜片及杠杆结构两种光栅增敏提出一种基于杠杆原理的布拉格光栅压力盒及测试方法。

为实现上述目的本发明采用的方案为：

基于杠杆原理的布拉格光栅压力盒，主要包括平膜片、外壳、应变传递装置、光纤光栅及光纤引出孔；所述的外壳的上端设有平膜片，外壳的下端设有两个光纤引出孔，所述的光纤光栅从一个光纤引出孔进，从另一个光纤引出孔出，所述的平膜片通过应变传递装置连接到光纤光栅；所述的应变传递装置有两个，对称设置于平膜片的下方，上面与平膜片接触，下面与光纤光栅接触。

所述的两个应变传递装置之间设有一个弹簧。

所述的两个应变传递装置为两个铰接在一起的概似L型的杠杆。

所述的应变传递装置通过支架与外壳相连。

平膜片及应变传递装置主要的功能是实现光纤光栅压力敏感系数的增大。光纤引出孔的主要作用为实现光纤的引出及压力盒的组网。

所述的基于杠杆原理的布拉格光栅压力盒的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过光纤光栅解调装置，检测光纤光栅中心波长的变化量Δλ_B.。

步骤2：推倒Δλ_B与光纤光栅轴向应变ε_λ之间的数学关系，关系式为：

Δλ_B＝λ_B(1-P_e)ε_λ

式中P_e为光纤光栅的有效弹光系数，λ_B为光纤光栅中心波长。

步骤3：推倒膜片中心处应变ε与光纤光栅轴向应变ε_λ之间的数学关系为：

ϵλ=L1L2·ϵcosθ]]>

式中θ膜片中心处应变ε与应变传递装置转动应变ε₁之间的夹角，L1为应变传递装置上臂长度，L2为应变传递装置下臂长度。

步骤4：推倒膜片中心处应变ε与外界压强P之间的对应关系为：