基于光纤布拉格光栅的称重传感器系统-论文.pdf

《基于光纤布拉格光栅的称重传感器系统-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2014往仪表技术与传感器2014第8期InstrumentTechniqueandSensorNo．8基于光纤布拉格光栅的称重传感器系统王永皎，杜小杰(河南城建学院，河南平顶山467036)摘要：随着光纤光栅的广泛应用，海运经济的发展，针对大型浮式起重机长期负荷作业及复杂恶劣的工作环境，设计一种对大型浮吊臂架的安全状态实时监测的称重式传感器成为趋势。文中以光纤光栅传感器技术为核心，设计一种等强度悬臂梁式和受压薄膜复合结构的称重传感器，通过实验验证其性能指标，此系统能够很好地应用到大型浮式起重器中。关键词：光

2、纤布拉格光栅；称重传感器；等强度悬臂梁；受压金属弹性设计中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)08—0066—04WeighingSensorSystemBasedonFiberBraggGratingsWANGYong—jiao，DUXiao—jie(HenanUniversityofUrbanConstruction，Pingdingshan467036，China)Abstract：Withthewideapplicationoffibergratingandthe

3、developmentofmarineeconomy，aimingatthelong—termloadop—erationandcomplexworkingenvironmentofthelargefloatingcrane，ithasbecomeaninevitabletrendthatweighingsensorscanbereal—timemonitoringthesafetyofthelargefloatingcraneboom．Thepaperdesignedaweighingsensorbased

4、ontheequalstrengthcantileverandthecompressionofthinfilmcompositestructure，atthesametime，basedonthetechnologyoffiberBragggratingsen—sotasthecore．ExperimentsshowthatthissystemCanbeappliedtolargefloatingcrane．Keywords：fiberBragggratings；theweighingsensor；equal

5、strengthcantileverbeam；pressedmetalelasticdesign0引言A=2hA大型浮式起重机，简称浮吊，是一种应用广泛的工程类船舶，具有流动性作业、可靠性要求高、起重吨位大等特点，可以反射+信：—号’三二—二—二—二辋直西如[=二一—-传黼输信号■光纤根据工程需要移动到任何需要的港口或者近海区域，通常用于超重货物转船、海桥工程建设等。但是这类起重机都是金属结起动构，而且长期的负荷作业以及复杂恶劣的工作环境对其结构的^安全监测提出了更高的要求，鉴于这种情况，研究出一种高精度、抗

6、环境干扰能力强的监测系统成为发展趋势。图1光纤光栅传感原理图1光纤布拉格光栅传感器1．2光纤布拉格光栅的传感特性1．1光纤布拉格光栅传感器的基本原理文中研究的是称重传感器，即待测物理量为应力，根据光光纤布拉格光栅是一种应用极为广泛的光栅，其传感原理纤布拉格光栅传感原理，应力作用会引起光栅有效折射率的变为：当有一段入射宽带光在光纤布拉格光栅中传输时，大部分化，而机械形变会使光栅周期常数发生改变；另一方面，外界温频段的光会透射过去，只有满足此布拉格光栅中心波长频段的度的变化也会引起布拉格光栅有效折射率的变化，热膨

7、胀系数光波才会反射回来。反射光中心波长为j：同样会引起光栅周期常数的变化。下面讨论在应力作用与温AB=2nf(1)度作用相对独立状态下的光纤布拉格光栅的传感特性。式中：A为光纤布拉格光栅的中心波长；nef为该纤芯的有效折1．2．1光纤布拉格光栅的轴向应力特性射率；以为布拉格光栅的周期。当外界有一作用力轴向地作用于布拉格光栅上时，致使光由图1可以看出：外界任何物理或化学变化引起纤芯折射纤光栅被机械性地拉伸或者压缩而引起的光栅周期常数以，表率或者布拉格光栅周期的变化，都会导致光纤布拉格光栅中心示为：波长的变化，基

8、于这种现象，光纤布拉格光栅传感可以通过观AA：A一(2)察其中心波长的漂移量来间接获取实验监测的物理量，并且周式中为待测量点处的轴向应变。期可以通过调整两束紫外光的相对角度改变，这样就能制作同时由于弹光效应使得光栅有效折射率发生的变化为出工作在不同波段的布拉格光栅，也为多点串联式测量提供了技术支持。Anef-(3)基金项目：河南省重点科技攻关项目(132102210478)两端同时除n，即可得：收稿