一種利用光纖光柵測量工件表面位移的裝置的制作方法

本發明涉及光纖傳感技術領域，具體涉及一種利用光纖光柵測量工件表面位移的裝置。

背景技術：

隨著工業水平的不斷發展，我國機械制造業正蓬勃發展。由于許多機械工作環境惡劣，長期受到溫度場、應力場的沖擊使得部分結構表面產生位移。機械結構表面發生位移不僅影響其正常使用，而且會降低結構強度。如果不能及時發現存在的安全隱患，會對社會資源和人民財產造成巨大損失。通過對機械工件表面受到應力而產生的位移進行實時監測，能夠及時發現存在的安全隱患。

光纖光柵作為一種新型光無源器件，已經在光通信、傳感測量等方面有廣泛應用。由于光纖光柵的信道精度達到了微納級，由此可利用光纖光柵實現位移的微納級高精度監測，可有效解決傳統應變片測量精度無法滿足微納級精度的問題。

光纖光柵位移傳感的原理是利用光纖光柵對應變有線性的波長變化的現象，能夠將位移轉變為應變，利用波長的變化測量位移。光纖光柵傳感器具有體積小，測量精度高，抗電磁干擾等優點。同時，相比于強度調制型的光纖傳感器，光纖光柵波長編碼的特性使得其不受光源功率變化的影響，具有良好的應用前景。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種結構簡單，體積小，測量精度可靠，且易于加工，抗電磁干擾的一種利用光纖光柵測量工件表面位移的裝置，通過光纖光柵傳感器對工件表面的受力變形產生的位移進行監測，實現微納級精度的位移測量。

本發明采用的技術方案為：

一種利用光纖光柵測量工件表面位移的裝置，包括底座、倒l型支撐架、精密位移臺、光纖光柵固定架、光纖光柵，底座上部和倒l型支撐架固定連接，精密位移臺固定于倒l型支撐架的上端面，光纖光柵固定架固定于精密位移臺上，精密位移臺用于光纖光柵的預緊；光纖光柵固定架固定連接有一根細桿，光纖光柵一端尾纖粘貼于細桿上，光纖光柵另一端尾纖粘貼于待測工件的待測點，光纖光柵與待測工件的待測面處在同一水平高度上，光纖光柵的工作段位于待測點與光纖光柵固定架上的細桿之間，光纖光柵靠近待測點的一端與光纖光柵傳感主機連接，光纖光柵傳感主機與計算機連接。

所述的倒l型支撐架上開有兩個通孔，通孔為圓頭普通平鍵形狀，底座與倒l型支撐架的兩個通孔采用螺栓固定連接，用于調節光纖光柵與待測工件的待測面處在同一水平高度上。

所述精密位移臺用于測量前對所述光纖光柵進行預緊，保證光纖光柵在測量過程中具有良好的線性度和測量靈敏度。

所述的光纖光柵一端尾纖采用環氧膠粘貼于細桿上，光纖光柵另一端尾纖采用環氧膠粘貼于待測工件的待測點。

所述的底座、待測工件的底面分別采用螺栓固定于同一水平面上，底座、倒l型支撐架和光纖光柵固定架材質為304不銹鋼。

所述光纖光柵為光纖布拉格光柵。

對所述待測工件表面因受力變形產生的位移進行實時監測，對待測工件的穩定性作出診斷。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明的倒l型支撐架設有兩個通孔，可以調節測量裝置高度，減小工件表面位移方向與光纖光柵的角度偏差，從而減小系統誤差；底座和倒l型支撐架、倒l型支撐架和精密位移臺、精密位移臺和光纖光柵固定架均使用螺栓裝配固定，光纖光柵采用環氧膠固定在光纖光柵固定架細桿上，裝置拆卸方便，隨時能夠更換老化、磨損的部件，穩定性得到了很大地提高；精密位移臺可以對光纖光柵實現預緊，使光纖光柵在測量過程中具有良好的線性度和測量靈敏度，大大提高了測量精度。

附圖說明

圖1為本發明的主視結構示意圖。

圖2為倒l型支撐架的結構示意圖。

圖3為本發明工作狀態示意圖。

圖中標號為：1、底座，2、倒l型支撐架，3、精密位移臺，4、光纖光柵固定架，5、光纖光柵，6、待測工件，7、光纖光柵傳感主機，8、計算機，9、通孔，10、待測點。

具體實施方式

為了更準確地了解本發明的技術內容，以下將結合具體實施例對本發明進行進一步詳細說明，但以下實施例不是對本發明的限定。

如圖1所示，一種利用光纖光柵測量工件表面位移的裝置，包括底座1、倒l型支撐架2、精密位移臺3、光纖光柵固定架4、光纖光柵5，對待測工件6表面因受力變形產生的位移進行實時監測，對待測工件6的穩定性作出診斷；底座1上部和倒l型支撐架2固定連接，精密位移臺3固定于倒l型支撐架2的上端面，光纖光柵固定架4固定于精密位移臺3上，精密位移臺3用于光纖光柵5的預緊；光纖光柵固定架4固定連接有一根細桿，光纖光柵5一端尾纖采用環氧膠粘貼于細桿上，光纖光柵5另一端尾纖采用環氧膠粘貼于待測工件6的待測點10，光纖光柵5為光纖布拉格光柵，光纖光柵5與待測工件6的待測面處在同一水平高度上，光纖光柵5的工作段位于待測點與光纖光柵固定架4上的細桿之間，光纖光柵5靠近待測點10的一端與光纖光柵傳感主機7連接，光纖光柵傳感主機7與計算機8連接。

倒l型支撐架2上開有兩個通孔9，通孔9為圓頭普通平鍵形狀，底座1與倒l型支撐架2的兩個通孔采用螺栓固定連接，用于調節光纖光柵與待測工件的待測面處在同一水平高度上；精密位移臺用于測量前對所述光纖光柵進行預緊，保證光纖光柵在測量過程中具有良好的線性度和測量靈敏度；底座、待測工件的底面分別采用螺栓固定于同一水平面上，底座、倒l型支撐架和光纖光柵固定架材質為304不銹鋼。

本發明實施例結構的主視示意圖如圖3所示，待測工件6尺寸為200mm×150mm×150mm，材質為304不銹鋼，底部使用螺栓固定，將圖1所示的一種利用光纖光柵測量工件表面位移的裝置底座使用螺栓固定，倒l型支撐架2上的通孔為圓頭普通平鍵形狀如圖2所示。利用倒l型支撐架2上的通孔調節本發明裝置的高度，使得光纖光柵5與待測工件6表面處在同一水平高度上，使用環氧膠將光纖光柵5固定在待測工件6表面的待測點，使得光纖光柵5的工作段處在待測點與光纖光柵固定架4的圓柱形細桿之間，光纖光柵5待測點一端與光纖光柵傳感主機7連接，光纖光柵傳感主機7與計算機8連接。

進行測量前調節精密位移臺3的讀數尺對光纖光柵實現預緊，使光纖光柵在測量過程中具有良好的線性度和測量靈敏度。

如圖3所示，當在待測工件6左端施加外力時，待測工件6表面受力變形產生位移，對固定在待測點與光纖光柵固定架4細桿之間的光纖光柵5產生拉伸δl，從而對光纖光柵5產生拉應變ε，兩者滿足：δl＝ε·l0，其中l0為光纖光柵5預緊后固定點之間的長度。同時波長信號受到調制，光纖光柵波長漂移量δλ與拉應變ε滿足如下線性關系：其中λ0為光纖光柵5預緊后的初始中心波長，pe為光纖材料的有效彈光系數。通過測量光纖光柵的應變ε，聯立上述兩式便可確定待測點位移δl。與光纖光柵5連接的光纖光柵傳感主機7對波長信號進行解調識別，解調數據傳輸到計算機8，利用光纖光柵傳感軟件實時采集、監測待測點的位移數據。

當l0＝20cm時位移測量靈敏度可以達到5.00με/μm。

本發明除了可實現上述實施例中的一維高精度位移測量外，對于工件膨脹變形等其他形式導致的位移均能滿足高精度測量，本發明所述實施例為本發明的最佳實施方式。