一种增敏结构的FBG倾角传感器研究
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作者:
作者单位:

(武汉科技大学 机械自动化学院,湖北 武汉 430081)

作者简介:

郭永兴(1986-),男,河南汝南人,博士(后 ),讲师,研究方向为光纤传感技术及其在机器人、机械装备和土木工程领域的应用.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(51575407)和中国博士后科学基金(2015M572208)资助项目 (武汉科技大学 机械自动化学院,湖北 武汉 430081)


Research of FBG tilt sensor with enhanced sensitivity structure
Author:
Affiliation:

(School of Machinery and Automation,Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081,China)

Fund Project:

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    摘要:

    实现了一种增敏结构的光纤Bragg光栅(FBG)倾角传 感器,在传统等强度梁结构的基础上设计一种 新型凸台增敏结构,将经预拉伸后的FBG两端的光纤固定于凸台上,刻有光栅部分位于凸台 之间,当传感 器的倾角状态变化时,摆锤的重力分量迫使梁发生弯曲变形,FBG感知变形应变, 中心波长产生漂移, 根据波长的漂移情况表征倾角状态。加工制造了无凸台结构和凸台高为0.5mm、 1.0mm的3种FBG倾角传感器以开展增敏效果对比,实施了量程、灵敏 度、线性、重复性和蠕变等 的测试。实验表明,设计的增敏结构可显著提高传感器的灵敏度,凸台高为1. 0mm的传感器灵敏度提高 了2.23倍,倾角的测量分辨率可达到0.005° ,且在重复性、线性、蠕 变等方面有着良好的测量能力,证明了基于本文增敏结构的倾角传感器的有效性和可行性。

    Abstract:

    In this paper,a new fiber Bragg grating (FBG) tilt sensor with enhanced sen sitivity structure is proposed,which has a new type of convex table design based on the traditional e qual-strength-beam structure.The FBG is fixed on the surface of the convex table after pre-tensing ,and the grating part is between the two convex tables.When the sensor′s angle is changed,the gravity c omponent of the pendulum forces the beam to bend,and the FBG can sense the strain.The center wavelength will shift,which can be used to char acterize the state of tilt.In this paper,three kinds of fiber grating an gle sensors were manufactured,whose convex tables are 0mm,0.5mm and 1mm.Their measuring range, sensitivity,linearity,repeatability and creep are compared.The experimental resu lts show that the enhanced sensitivity structure can improve the sensitivity of the sensor significantly.The sensitivity of the sensor with 1mm convex table is 2.23times higher than that without convex table,the resolution ratio of the ti lt can reach 0.005°,and it has good measurement ability in repeatability,linearity and creep.Therefore,the FBG tilt sensor with enhanced sensitivity structure has good effectiveness and feasibility.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

章易坤,郭永兴,李公法.一种增敏结构的FBG倾角传感器研究[J].光电子激光,2016,27(3):253~258

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  • 收稿日期:2015-11-08
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  • 在线发布日期: 2016-04-14
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