电子器件ChineseJournalofElectronDevices第39卷第3期2016年6月Vol.39No.3June2016TemperatureCompensatedOpticalFiberGratingDisplacementSensor*TIANXiaodan1,2,ZHANGHuixin1,2,LIUWenyi1,2*,FANJungang3(1.ScienceandTechnologyonElectronicTestMeasurementLaboratory,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China;2.KeyLaboratoryofInstrumentationScienceDynamicMeasurement(NorthUniversityofChina,MinistryofEducation,Taiyuan030051,China;3.SchoolofInstrumentandElectronics,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,ChinaAbstract:BasedonisoscelestrianglecantileverbeamanddoublefiberBragggratingstructure,akindoftempera-tureself-compensatedfiberopticdisplacementsensorwithhighresolutionisdesignedandmanufactured.Themea-surementresultisdemodulatedbyspectrumanalysismethod.Theexperimentalresultsunderthenormaltempera-tureenvironmentshowthat,therangeofthesensoris0~70mm,thesensitivityis21.9pm/mm,thedegreeoflinearfittingisashighas0.999,therepeatabilityerroris4.72%FSandthehysteresiserroris2.70%FS.Inthetempera-turerangefrom0to60,thezerodriftis0.41pm/℃℃,sotemperatureperformanceisgood.Thesensorcanbewellappliedinlong-℃termmonitoringofthecracksorseamopendegreeinthewaterconservancyandhydropoweren-gineering,industrialandcivilbuildings.Keywords:sensor;temperaturecompensation;spectrum;cantileverbeam;fiberbragggrating(FBG;displacementEEACC:7220Edoi:10.3969/j.issn.1005-9490.2016.03.015温度补偿型光纤光栅位移传感器*田晓丹1,2,张会新1,2,刘文怡1,2*,范军刚3(1.中北大学电子测试技术重点实验室,太原030051;2.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;3.中北大学仪器与电子学院,太原030051摘要:基于等腰三角形悬臂梁和双光纤光栅结构设计并制造了一种高分辨率、温度自补偿的光纤位移传感器。采用光谱分析法对测量结果进行解调,常温下的实验结果表明,传感器的量程为0~70mm,灵敏度为21.9pm/mm,线性拟合度高达0.999,重复性误差为4.72%FS,迟滞误差为2.70%FS。而且在0~60℃温度范围内的零漂为0.41pm/,℃温度性能良好。该传感器能很好的应用于水利水电工程、工业与民用建筑等结构上裂缝或接缝开合度的长期监测。关键词:传感器;温度补偿;光谱;悬臂梁;光纤光栅;位移:TP212.1文献标识码:A:1005-9490(201603-0576-05水利水电工程、工业与民用建筑等结构经过长时间的使用或受到恶劣环境的影响后,自然而然地会产生裂缝或接缝开合,可能会给实际的使用带来严重的危害,因此需要适宜的位移传感器对这些结构的裂缝和接缝开合度进行长期的监测,以保障工厂的顺利运行及人员的人身安全。与传统的机械类、电学类位移传感器相比,光纤光栅位移位移传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点[1-2]。本文利用光纤光栅特殊的结构特性以及等强度悬臂梁的力学性能,设计并制造出一种高分辨率的光栅位移传感器,并对该传感器的位移测量灵敏度以及温度补偿进行了理论分析和实验研究。1传感器的结构设计光纤光栅位移传感器的结构如图1所示,主要由等腰三角形悬臂梁、双光纤光栅(FBG、弹簧管、固定块、位移传动杆以及封装外壳组成。等腰三角形悬臂梁的底端用传感器的封装外壳固定(固定端,顶端自由悬空(自由端,位于同一根光纤上的两个布拉格光栅分别对称粘贴于悬臂梁上下表面————————————项目:青年科学基金项目(51405454收稿日期:2015-08-17修改日期:2015-09-17第3期田晓丹,张会新等:温度补偿型光纤光栅位移传感器的中轴线上,同时将弹簧管的两端分别与悬臂梁的自由端和位移传动杆固连。固定块有稳固位移传动杆,使其发生平行移动的作用,更重要的是能够有效避免使用时超出量程,保护传感器。当位移传动杆在外力作用下实现位移变化时,与其固连的弹簧管将会被拉伸,同时将拉伸产生的力传送并作用于悬臂梁的自由端,使得悬臂梁发生弯曲,上表面产生拉伸应力,下表面产生压缩应力。粘贴于悬臂梁上下表面的两个光纤光栅的...