双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器

论文摘要

位移测量是测量技术中最基本的项目之一,在工程运用中非常广泛,具有非常重要的位置。因此,寻求简单实用、操作方便、适应范围广、经济性好的位移传感器对促进工业生产发展具有重要现实意义。由于独特的电绝缘性赋予了光纤Bragg光栅抗电磁干扰能力(EMI)和易燃易爆场合的本安特性,使得光纤Bragg光栅传感技术迅速发展起来了。此外,光纤传感器用于位移检测具有诸多常规检测技术不可比拟的优点,如环境适应性强,灵敏度高,体小质轻,可挠曲,测量对象广泛,可实现非接触测量,综合性价比高等。本文以光纤Bragg光栅作为传感元件研制了一种位移测量装置,它利用测量杆通过楔形块作用在固定于底座的等强度悬臂梁上,其中,光纤Bragg光栅粘贴于其中一块等强度悬臂梁内表面的中心线处。在测量试验中,当测量杆产生位移时,就会带动楔形块产生相应的位移,并促使等强度悬臂梁的自由端产生扰度变化,从而导致粘贴于等强度悬臂梁内表面的光纤Bragg光栅产生波长移位。本文主要研究内容如下：1、根据双悬臂梁式结构,建立了双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移感器的模型。2、对双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移感器进行材料选择,等强度悬臂梁的尺寸为135×70.2×3mm,等强度悬臂梁所选用的材料为1Cr18Ni9Ti,楔形块的内径为35mm,外径为50mm,角度为10度,测量杆的长度为450mm,直径为1.6mm,底座的尺寸为380×120×12mm,滚花为底面直径为30mm,高12mm的圆柱形,滚轴的长度为80mm,滚尖的角度为60度,直径为6mm。3、通过移动测量杆,对双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器进行位移实验,实验表明,当测量杆位移增加或者减少时,位于中心测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度为0.0145nm/mm,重复性误差为2.2%,线性度为0.99706,迟滞为0.0626%FS。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 位移传感器的发展历史
• 1.3 常用位移传感器的敏感结构
• 1.4 小结
• 第二章 双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的传感结构
• 2.3 双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的工作原理
• 2.3.1 光纤Bragg光栅的传感原理
• 2.3.2 传感模型
• 2.4 小结
• 第三章 双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的研制
• 3.1 引言
• 3.2 传感器的材质选择和尺寸设定
• 3.2.1 传感器材料的选取
• 3.2.2 各部件尺寸的确定
• 3.2.3 各部件连接方式的确定
• 3.3 传感器的加工原理图及其加工、组装
• 3.3.1 各部件的设计参数及其加工
• 3.3.2 传感器各部件的组装
• 3.4 传感器的总装
• 3.4.1 粘贴剂的选取
• 3.4.2 光纤Bragg光栅的粘贴
• 3.5 传感器的理论参数
• 3.6 小结
• 第四章 双悬臂梁式光纤Bragg光栅位移传感器的测试
• 4.1 引言
• 4.2 实验原理
• 4.2.1 光纤Bragg光栅传感系统的组成
• 4.3 实验过程与数据分析
• 4.3.1 实验过程
• 4.3.2 实验数据分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 撰写的论文及专利