光纤光栅应力传感器:什么是光栅传感器?光栅传感器的结构原理及应用

2021/11/03 01:45 · 传感器知识资讯 ·  · 光纤光栅应力传感器:什么是光栅传感器?光栅传感器的结构原理及应用已关闭评论
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光纤光栅应力传感器:什么是光栅传感器?光栅传感器的结构原理及应用关于光学的应用很多,传感器在我们日常生活中也经常会用到。什么是光栅传感器?今天带来的是光栅传感器的结构原理及应用,下面对光栅传感器详细介绍一下。首先来看看,什么是光栅传感器?光栅传感器是指利用光栅莫尔条纹原理来测量位移的传感器。光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件。常用的光栅是通过在玻璃板上雕刻大量平行刻线而制

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光纤光栅应力传感器:什么是光栅传感器?光栅传感器的结构原理及应用

关于光学的应用很多,传感器在我们日常生活中也经常会用到。什么是光栅传感器?今天带来的是光栅传感器的结构原理及应用,下面对光栅传感器详细介绍一下。
首先来看看,什么是光栅传感器?
光栅传感器是指利用光栅莫尔条纹原理来测量位移的传感器。
光栅是由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件。常用的光栅是通过在玻璃板上雕刻大量平行刻线而制成的。刻痕是不透明的部分,两个刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一条缝。精制的光栅在1cm宽度内有数千甚至数万个缺口。
这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅,也有利用两凹口之间反射光衍射的光栅。例如,在表面刻有许多平行的凹口并带有金属层,两个凹口之间的光滑金属表面可以反射光线,这种光栅就变成了反射光栅。光栅形成的莫尔条纹具有光学放大和平均误差效应,可以提高测量精度。
光栅传感器由四部分组成:直尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统。当标尺光栅相对于指示光栅移动时,它会形成大致呈正弦曲线分布的明暗莫尔条纹。
这些条纹以光栅的相对速度移动并直接照射在光电元件上。在其输出端获得一系列电脉冲。数字信号输出通过放大、整形、方向识别和计数系统产生,直接显示被测位移。
光栅传感器的结构
首先,我们来看看光栅传感器是如何组成的。光栅传感器的结构由光源、主光栅、指示光栅、通光孔、光电元件组成。下面,小编将对光源、光栅对、通光孔以及受光元件予以介绍。
1、光源:钨丝灯泡,功率较小,与光电元件配合使用时,转换效率低,使用寿命短。半导体发光器件,如砷化镓发光二极管,可以在该范围内工作,发射光的峰值波长与硅光电晶体管接近。因此,它们具有高转换效率和快速响应速度。
2、光栅对:由等栅距的主光栅和指示光栅组成。主光栅和指示光栅相互重叠,但并不完全重叠。两条网格线之间会有一个小角度交错,以获得莫尔条纹。通常,主光栅是可移动的。它可以独立移动,也可以随被测物体移动。其长度取决于测量范围。指示光栅相对于光电器件固定。
3、通光孔:光孔是发光体与受光器之间的通路,一般呈条状,其长度由受光器的排列长度决定,宽度由受光器的大小决定。光接收器。它张贴在指令光栅板上。
4、受光元件:受光元件用于感知主光栅运动时产生的莫尔条纹的运动,从而测量位移。在选择光敏元件时,必须考虑灵敏度、响应时间、光谱特性、稳定性和体积等因素。
光栅传感器选型指南
1、根据检测对象及检测类型确定选型
首先要考虑何种原理的传感器,需要多方面的因素才能确定。确定选用何种类型的传感器,再考虑传感器的具体指标。
2、灵敏度的选择
在线性范围内灵敏度越高越好
3、线性范围
线性范围是输出与输入成正比的范围,再次范围内灵敏度保持定值。
4、稳定性
5、传感器在使用一段时间后,其性能保持不变的能力。
在使用传感器之前应对其使用环境进行调查,并根据环境使用合适的传感器,或采取适当的措施减少环境的影响。
光栅传感器的原理
在了解了光栅传感器的组成之后,我们再来看看光栅传感器的原理是什么。
当指示光栅缓慢移动时,传感器的刻度光栅会产生莫尔条纹。莫尔条纹的特点是它们是按照正弦规律分布的,这些条纹会呈现明暗。
此外,光栅运动的速度决定了条纹的运动,这些运动会反映在光电元件上。此外,在光栅传感器的输出端,会得到一系列电脉冲信号。然后经过相应的放大、整形等处理,直接显示出测得的位移值
一般来说,我们理解传感器会有两种光路形式,包括透射光栅。这类光栅的光栅线出现在工业玻璃等透明材料上;还有一种反射光栅,就是这种光栅的光栅。线条出现在金属顶部,例如不锈钢,可以强烈反射。
对于光栅传感器来说,其最大的优势在于量程大、精度高。在应用方面,我们了解到,这种类型的传感器广泛用于程控和数控机床,以及三坐标测量机构。对静态和动态圆角位移和线性位移的测量可以起到很好的效果。此外,它也非常适合机械振动和变形测量等应用。
光栅传感器的应用范围
在了解了光栅传感器的组成结构以及原理之后,在最后,我们再共同来看看光栅传感器的应用场合有哪些,以方便我们更好地去运用光栅传感器。
光纤光栅传感器在其他领域也得到了应用,其在很多方面的性能比传统机电传感器更稳定、更可靠、更准确。 光纤光栅传感器可用于传感和测量应力、应变或温度等物理量,具有较高的灵敏度和测量范围。 通过在光纤的几个部分写入不同光栅间距的光纤光栅,可以同时测量几个部分相应的物理量和变化,实现准分布式光纤传感。
总之,光纤光栅传感器的应用是一个方兴未艾的领域,具有非常广阔的发展前景。光栅传感器通常用作机床定位、长度和角度测量仪器中的测量元件,用于测量速度、加速度、振动等。
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光纤光栅应力传感器:光纤光栅应力传感器工作原理

F-P
滤波器的波长解调仪,
第四部分
为计算机及软件分析处理系统。图中给出等间隔分布多个光纤光栅应力传感器,
这些光纤光栅通常要进行串接。
由宽带光源发出的宽带光信号经过隔离器和
3dB
耦合器传输到串接的传感光栅上,
经过这些光纤光栅的波长选择后,
一组不同波
长的窄带光被反射,反射光再次经过
3dB
耦合器由波长解调仪接收,经过波长
解调仪对这些波长进行识别,
得到一组应力传感信息,
当边坡内部应力发生变化
时,
通过光栅解调器检测出波长的变化即应力变化,
之后输入到计算机进行数据
分析处理,
最后得到边坡受到压力的分布状况,
根据监测对象内部变化情况,

断是否会产生塌方,起到报警作用。
?
?
计算机
?
波长解调仪
?
宽带光源
?
耦合器
?
光纤光栅应力传感器
?

1
测量系统光路示意图
?
光隔离器
?
扫描电压
?
抖动信号
?
可调
F-P
滤波器
?
混合器
?
LP
滤波器
?
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光纤光栅应力传感器:光纤光栅应力应变传感器温度补偿原理与方法

本文介绍了光纤光栅应变传感器的温度补偿方法和温度补偿原理,回答了“光纤光栅应变测量对温度是否敏感” 这一问题,同时介绍了北诺?毛细?无缝钢管光纤光栅温度传感器测温准确,可以被用于光纤光栅应变传感器温度补偿,也可被用于其它类型光纤光栅传感器温度补偿,同时给出了大成永盛的光纤光栅应变传感器温度补偿方案。
布拉格光纤光栅对应力和温度都很敏感,无论光纤光栅是受力了还是环境温度发生变化了,反映到光纤光栅上都是光栅栅距发生了变化,也即光纤光栅传感器发生了相应的应变。这意味着当您想用光纤光栅应变传感器或者光纤光栅应力传感器进行准确测试的时候,必须要考虑环境温度是否发生了变化,你必须要从ΔλB =λB(1-Pe)Δε+λB(αf-ξ)ΔT的公式中扣除掉温度对于反射波长的影响,也就是说要让ΔT=0或者是ΔT的数值可知,这个过程被称为光纤光栅应力/应变传感器的温度补偿。
图1
对光纤光栅应变传感器和光纤光栅应力传感器运行温度补偿的最好方法,就是在被测物或被测环境中置入一根测温准确的光纤光栅温度传感器(该传感器既可串联进入系统,也可并联进入系统)。由于光纤光栅应力/应变传感器与光纤光栅温度传感器处于同一温度环境,因此,光纤光栅温度传感器所测试出来的温度,可被视为光纤光栅应力/应变传感器的温度,此时可从ΔλB =λB(1-Pe)Δε+λB(αf-ξ)ΔT的公式中扣除掉温度对于反射波长的影响,从而得到准确的应力/应变值。
图2
图3
图4
北京大成永盛科技有限公司的北诺?毛细?无缝钢管光纤光栅温度传感器采用独特的专利技术,同时有体积和尺寸微小的特点,能够在置入被测物和被测环境时,做到对被测物体影响尽量小,并且测温准确。
图5
我们的理念是:“北诺?,让光纤不脆弱!”
本文转载自北京大成永盛科技有限公司官网:"光纤光栅应变传感器温度补偿的原理与方案"一文,本文内容有时会有更新和修订。

光纤光栅应力传感器:光纤光栅应变计光栅式应力传感器测力计

JH-FGS-B2光纤光栅混凝土表面应变计(标准型)
概述
JH-FGS-B2光纤光栅混凝土表面标准型应变计主要用于混凝土表面的应力应变监测,也用于对各种金属或其他固体结构表面进行静态和动态应力应变监测。产品采用特有的弹性梁结构,具有较高的测量分辨率和测量。
现场安装时先在混凝土表面打四个钻孔,然后采用紧固螺钉将底座固定在混凝土表面,通过螺母将传感器方便地固定在底座上,亦可通过焊接或粘贴方式将传感器固定在结构表面。
产品符合国家建筑工业行业标准JG/T 422-2013。
产品特点
? 安装方便,既可进行*监测,又可在短期监测,能重复使用;
? 适用于环境温度变化小的工程,占用波长带宽资源少,批量实用性高,节省项目整体成本;
? 尾纤采用PU披覆铠装光缆,具有优异的耐温性能和耐腐蚀、耐老化性能,适应*野外存活环境;
? 稳定性好、可靠性高。

技术参数
项目参数值量程(με)±1500精度(με)1%F.S.分辨率(με)0.1% F.S.光栅数量1光栅中心波长(nm)1528~1563反射率≥85%工作温度范围(℃)-30~85尺寸(mm)φ15x125尾纤PE披覆铠装光缆,两端各1.5m,可定制连接方式熔接或FC/APC接头安装方式焊接/粘接/螺栓固定

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