[发明专利]一种高精度微应力传感器有效
| 申请号： | 201810888619.9 | 申请日： | 2018-08-07 |
| 公开（公告）号： | CN109100063B | 公开（公告）日： | 2019-11-19 |
| 发明（设计）人： | 高博;林旻;霍佳雨;钟思源;邱天;张栋 | 申请（专利权）人： | 吉林大学 |
| 主分类号： | G01L1/24 | 分类号： | G01L1/24 |
| 代理公司： | 22201 长春吉大专利代理有限责任公司 | 代理人： | 王恩远<国际申请>=<国际公布>=<进入 |
| 地址： | 130012 吉*** | 国省代码： | 吉林;22 |
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| 摘要： | 本发明的一种高精度微应力传感器属于光纤传感器技术领域。其主要结构有泵浦源(1)、光波分复用器(2)、掺铒光纤(3)等。本发明用正弦信号作为调制信号，不会产生高频干扰，具有工作更可靠、传感精度高、应用范围广等特点。 | ||
| 搜索关键词： | 微应力 传感器 光纤传感器技术 光波分复用器 应用范围广 掺铒光纤 调制信号 高频干扰 正弦信号 泵浦源 传感 | ||
【主权项】：
1.一种高精度微应力传感器，其结构有，泵浦源(1)与光波分复用器(2)的980nm端相连，光波分复用器(2)的1550nm端与缠绕在第一压电陶瓷(11)上的光纤的一端相连，缠绕在第一压电陶瓷(11)上的光纤的另一端与第一光隔离器(10)的输入端相连，第一压电陶瓷(11)的控制端与第一PZT驱动电路(12)的输出端口相连，第一PZT驱动电路(12)的输入端与数模转换电路(13)的输出端口相连，数模转换电路(13)的输入端口与单片机(16)相连；第一光隔离器(10)的输出端与光滤波器(9)的光输入端相连，光滤波器(9)的电控制端与单片机(16)相连，光滤波器(9)的光输出端与光环形器(7)的第一端口相连，光环形器(7)的第二端口与布拉格光栅组(8)的一端相连，光环形器(7)的第三端口与第一光耦合器(5)的输入端相连，第一光耦合器(5)的90％输出端与第二光隔离器(4)的输入端相连，第二光隔离器(4)的输出端与掺铒光纤(3)的一端相连，掺铒光纤(3)的另一端与光波分复用器(2)的公共端相连；第一光耦合器(5)的10％输出端与第二光耦合器(6)的输入端相连，第二光耦合器(6)的一个输出端与第三光耦合器(22)的一个输入端相连，第二光耦合器(6)的另一个输出端与缠绕在第二压电陶瓷(21)上的光纤的一端相连，缠绕在第二压电陶瓷(21)上的光纤的另一端与第三光耦合器(22)的另一个输入端相连，第三光耦合器(22)的输出端与光电转换电路(23)的输入端相连；/n其特征在于，结构还有，光电转换电路(23)的输出端与函数变换电路(24)的输入端相连，函数变换电路(24)的输出端与自适应幅度归一电路(25)的一个输入端相连，自适应幅度归一电路(25)的输出端与相位比较电路(26)的一个输入端相连；可控频率源(19)的输入端与单片机(16)相连，输出端与相位比较电路(26)的另一个输入端相连，相位比较电路(26)的输出端与单片机(16)相连；可控频率源(19)的输出端还与第二PZT驱动电路(20)的输入端相连，第二PZT驱动电路(20)的输出端与第二压电陶瓷(21)的控制端相连；温度传感器(15)与单片机(16)相连；单片机(16)还分别与输入按键(14)、串口通信模块(17)、显示屏(18)相连；/n所述的函数变换电路(24)的结构为,电容C3的一端与三角函数转换器U1的管脚12及电阻R2的一端相连，电容C3的另一端作为函数变换电路(24)的输入端，记为端口ACOS_in，与光电转换电路(23)的输出端相连；电阻R2的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚2、3、4、5、8、11、13接地，管脚9、10与电容C2的一端及-12V电源相连，电容C2的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚6与管脚7相连，管脚16与+12V电源及电容C1的一端相连，电容C1的另一端接地；三角函数转换器U1的管脚1与滑动变阻器W1的滑动端相连，滑动变阻器W1的一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与三角函数转换器U1的管脚14相连，滑动变阻器W1的滑动端作为函数变换电路(24)的输出端，记为端口ACOS_out，与自适应幅度归一电路(25)的输入端相连；所述的三角函数转换器U1的型号为AD639；/n所述的自适应幅度归一电路(25)的结构为，电容C9的一端与电阻R3的一端及芯片U2的管脚3相连，电阻R3的另一端接地，电容C9的另一端作为自适应幅度归一电路(25)的输入端，记为端口ADAPT_in，与函数变换电路(24)的端口ACOS_out相连；芯片U2的管脚1、管脚7、管脚8、管脚14均接地，管脚2与管脚4均与+5V电源相连，管脚11与管脚12相连并与电容C5的一端及+5V电源相连，电容C5的另一端接地；芯片U2的管脚13与电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地；芯片U2的管脚9与电容C6的一端相连，电容C6的另一端接地；芯片U2的管脚5与电阻R12及电阻R11的一端相连，电阻R12的另一端接地，电阻R11的另一端与运放U4的输出端及电容C8的一端相连，运放U8的正电源端接+5V电源，负电源端接地；电容C8的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端与运放U4的同相输入端相连；运放U4的反相输入端与滑动变电阻器W3的滑动端相连，滑动变阻器W3的一端与+5V电源相连，滑动变阻器W3的另一端接地；电容C7的一端与电阻R9的一端及运放U4的同相输入端相连，电容C7的另一端接地，电阻R9的另一端与电阻R7的一端及运放U3的输出端相连，电阻R7的另一端与运放U3的反相输入端相连；电阻R8的一端与运放U3的同相输入端相连，另一端接地；运放U3的正电源端接+5V电源，负电源端接地；芯片U2的管脚10作为自适应幅度归一电路(25)的输出端，记为端口ADAPT_out，与相位比较电路(26)的一个输入端相连；芯片U2的管脚10与二极管D1的正极相连，二极管D1的负极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端及运放U3的反相输入端相连，电阻R5的另一端与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与滑动变阻器W2的滑动端相连；滑动变阻器W2的一端与二极管D3的负极相连并接地，滑动变阻器W2的另一端与电阻R6的一端及二极管D3的正极相连，电阻R6的另一端接-5V电源；所述的芯片U2是可变增益放大器芯片，型号是AD8367；/n所述的相位比较电路(26)的结构为，电容C10的一端与运放U5的同相输入端及电阻R13的一端相连，电容C10的另一端作为相位比较电路(26)的一个输入端，记为端口PHASE_in1，与自适应幅度归一电路(25)的端口ADAPT_out相连；电阻R13的另一端接地；运放U5的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6A的CLK端；D触发器U6A的D端口接地；电容C11一端接地，另一端接D触发器U6A的PR端；电阻R14一端接D触发器U6A的PR端，另一端接D触发器U6A的Q端；D触发器U6A的CLR端接+5V电源，D触发器U6A的Q非端接D触发器U8A的PR端；电容C12的一端与运放U7的同相输入端及电阻R15的一端相连，电容C12的另一端作为相位比较电路(26)的另一个输入端，记为端口PHASE_in2，与可控频率源(19)的端口SineM_out相连；电阻R15的另一端接地；运放U7的正电源端接+5V电源，负电源端接地，反相输入端接地，输出端接D触发器U6B的CLK端；D触发器U6B的D端口接地；电容C13一端接地，另一端接D触发器U6B的PR端；电阻R16一端接D触发器U6B的PR端，另一端接D触发器U6B的Q端；D触发器U6B的CLR端接+5V电源，D触发器U6B的Q非端接D触发器U8A的CLR端；D触发器U8A的D端和CLK端均接地，Q端作为相位比较电路(26)的输出端，记为端口PHASE_out，与单片机(16)的输入端相连；/n所述的可控频率源(19)的结构为，热敏电阻Rt1的一端接运放U9的反相输入端，另一端接运放U9的输出端；电阻R17一端接运放U9的反相输入端，另一端接地；运放U9的同相输入端接芯片U11的管脚2，正电源端接+5V电源，负电源端接-5V电源，输出端接芯片U10的管脚2；电容C14的一端接芯片U10的管脚3，另一端接芯片U11的管脚2；电容C15的一端接芯片U11的管脚2，另一端接地；电容C16的一端接芯片U10的管脚5，另一端接地；电容C17的一端接芯片U11的管脚5，另一端接地；芯片U10的管脚1和管脚10接+5V电源，管脚4和管脚6接地；管脚9接电阻R18的一端，管脚8接电阻R19的一端，管脚7接电阻R20的一端；电阻R18的另一端作为可控频率源(19)的一个输入端口，记为端口SineM_in1；电阻R19的另一端作为可控频率源(19)的另一个输入端口，记为端口SineM_in2；端口SineM_in1和端口SineM_in2与单片机(16)的输入端相连；电阻R20的另一端接+5V电源；芯片U11的管脚1和管脚10接+5V电源，管脚4和管脚6接地；管脚9接电阻R21的一端，管脚8接电阻R22的一端，管脚7接电阻R23的一端；电阻R21的另一端接端口SineM_in1；电阻R22的另一端接端口SineM_in2；电阻R23的另一端接+5V电源；芯片U10的管脚2作为可控频率源(19)的输出端口，记为SineM_out；所述的芯片U10和芯片U11的型号均为AD5272-20。/n
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- 陆勇;邓衍博;陈敏;吴静红;姜雨 - 苏州科技大学
- 2019-07-19 - 2020-01-10 - G01L1/24
- 本实用新型公开了一种基于光纤光栅的一体式三维应力传感器，包括基座和设置在所述基座上的传感组件，所述基座呈五棱台状，其包括相互平行设置的顶面板与底面板，以及位于所述顶面板与所述底面板之间且依次相接的五个梯形侧面板；所述传感组件包括通过光纤依次串接的六组光栅传感器，其中一组所述光栅传感器嵌设在所述顶面板的内部，其余五组所述光栅传感器分别嵌设在五个所述梯形侧面板的内部，且所述光纤自所述底面板向外穿出。该三维应力传感器真正地实现单一传感器测试三维应力，同时也减小了传感器的整体体积，还将三维压力传感器的测试线减少为一根而避免测试线的复杂，大幅地降低了对测试岩土介质内应力场的干扰，提升了测试的准确度。
- 隧道围岩内部应力分布式监测装置及施工方法、监测方法-201910797738.8
- 成帅;胡慧江;李利平;石少帅;周宗青;王升;靳昊;高上 - 山东大学
- 2019-08-27 - 2020-01-07 - G01L1/24
- 本发明公开了一种隧道围岩内部应力分布式监测装置及施工方法、监测方法，该装置包括支撑杆件和设置在支撑杆件外侧的耦合基座，所述耦合基座的外侧壁上沿圆周方向开设有多个交错排布的第一凹槽和第二凹槽，每个第二凹槽内均布设有传感光纤；该方法包括：将隧道围岩内部应力分布式监测装置安置在隧道围岩钻孔内部；待隧道围岩内部应力分布式监测装置安置在围岩钻孔后，对围岩钻孔进行封孔注浆处理；位于围岩钻孔内的监测装置中传感光纤受到纵向或横向的应力变化后，发生布里渊背向散射；布里渊散射测量仪测量传感光纤的变化量后，进行数据解析，确定围岩内部应力沿装置走向的应力变化位置和大小。
- 压力检测组件、检测方法及终端-201910900005.2
- 陈琼 - 维沃移动通信有限公司
- 2019-09-23 - 2019-12-31 - G01L1/24
- 本发明实施例提供一种压力检测组件、检测方法及终端，压力检测组件包括：敏感元件，所述敏感元件为透光且在按压下可形变的材料件；光线发射器，设置于所述敏感元件的一侧，用于向所述敏感元件投射偏振光线；检测器，设置于所述敏感元件的另一侧，用于接收从所述敏感元件出射的光线，并根据接收到的光线的参数信息确定按压所述敏感元件的压力。根据本发明实施例的压力检测组件灵敏度高，检测精确度高，可靠性高，不受电磁干扰，抗干扰能力强，绝缘性强，不会漏电打火，防爆性能好，可弯曲，能够根据需要做成各种形状，能够应用于高温高压环境下。
- 一种微型压力变色传感器-201920605761.8
- 梁定鑫;张奚宁 - 华侨大学
- 2019-04-29 - 2019-12-31 - G01L1/24
- 本实用新型公开了一种微型压力变色传感器，包括柔性基底、微型宽带光源和微米光波导，所述微型宽带光源和微米光波导封装于柔性基底内，所述微米光波导具有输入端、输出端和环形腔，所述环形腔位于输入端和输出端之间，所述微米光波导的输入端对应放置于微型宽带光源的有源区出光面。本实用新型的微型压力变色传感器极大地压缩了器件尺寸、提高了集成度并降低了成本，具有结构简单、灵敏度高、显色丰富等特点。
- 无线光子压力传感系统和方法-201810228576.1
- 洪俊;李祖林;彭志强;刘海波;汤群芳 - 湖南工学院
- 2018-03-20 - 2019-12-27 - G01L1/24
- 无线光子压力传感系统和方法，涉及光电子测量与无线通信交叉技术领域，所述无线光子压力传感系统包括发射端和接收端；发射端包括传感信号发生器、匹配网络以及发射天线；传感信号发生器包括激光器、电光强度调制器、光纤延时线、光电探测器、耦合器、压力感应放大器和窄带滤波器；压力感应放大器包括压电晶体和压控放大器。上述无线光子压力传感系统基于无线光子技术构建光电振荡电路，将压力信息转变为振荡信号功率，无需调制，直接发送至接收端，该传感系统在高频端实现，克服了系统噪声的干扰；同时，其无需调制载波，可直接无线传输至接收端，降低了系统的复杂性。
- 一种跨尺度的薄膜应力测试系统-201822232244.9
- 刘胜;陈志文;杨凡;王晨阳;马坤 - 武汉大学
- 2018-12-28 - 2019-12-24 - G01L1/24
- 本实用新型设计了一种跨尺度的薄膜应力测试系统，包含宏观测量模块与微观测量模块，分别为宏观与微观测量薄膜应变的应力测量途径模块，且宏观测量模块与微观测量模块组成部件空间交错布置，彼此检测光路互不影响，用于跨尺度同时定位连续测量式样指定区域应力状态。宏观测量模块中，宏观测量模块中，激光器发射、标准具在入射光路方向上顺序排列，线阵CCD、偏振器、接收器于反射光线路上顺序排列，使激光能被接收。本实用新型测试系统具有操作简单，快捷，效率高，适用范围广泛的优点。
- 一种光纤光栅压力传感器-201920341856.3
- 史世龙;王阳 - 杭州界安科技有限公司
- 2019-03-18 - 2019-12-24 - G01L1/24
- 本实用新型公开了一种光纤光栅压力传感器，包括机体和插接插口，所述机体的右端端面在位于中心位置处贯穿设置有插接插口，所述机体与电源电性连接，所述插接插口的插接固定有数据插头，所述数据插头的右端设置有数据连接线，所述数据连接线的一端通过一体化连接固定连接有数据插头的一端，所述数据连接线的另一端设置有传输插头，所述传输插头的一端同样通过一体化连接固定连接在数据连接线的另一端，所述数据连接线的环形外表面设置有套筒装置，形成一定的缓冲层，使数据连接线无法出现弯折的趋势，从而最大限度的保护数据连接线，且塑料套筒和定线挡片在制造时成本低，使用时缓冲效果好，可进行长期的使用。
- 一种新型透明材料的应力检测仪器-201920821795.0
- 徐雄;石茂东;吴德荣 - 开平市盈光机电科技有限公司
- 2019-05-30 - 2019-12-24 - G01L1/24
- 本实用新型提供一种新型透明材料的应力检测仪器，其特征在于，其包括光源、两组偏光片、旋转装置和电源，所述光源与所述电源电性连接，所述两组偏光片中一组或者两组偏光片安装在所述旋转装置上，并可以随着所述旋转装置旋转而旋转，本实用新型新型透明材料的应力检测仪器可以从上偏光片组上方观察待检测的产品呈现光谱特征来判断待检测的产品的应力具体状态，即产品中材料具体分布情况、产品中材料成型过程中的具体流动状态或产品中材料成型过程中的具体缺陷，并根据产品的应力具体状态，即产品中材料具体分布情况、产品中材料成型过程中的具体流动状态或产品中材料成型过程中的具体缺陷为复合材料的成型工艺的完善提供依据和参数。
- 一种基于温度补偿的FBG压力传感头-201920832891.5
- 沈涛;江南;刘凯欣;杨宾;唐明达;张谨萌;董烨 - 哈尔滨理工大学
- 2019-06-04 - 2019-12-20 - G01L1/24
- 本实用新型提供了一种基于温度补偿的FBG压力传感头，涉及光纤光栅和压力测量技术领域，具体涉及一种基于温度补偿的FBG压力传感头。本实用新型是为了解决现如今压力传感器外形较大，结构繁琐，在变温的情况下不能完成精准测量，灵敏度差的问题。本实用新型传感头中包括光纤耦合器、承重板、压力传杆、一号光纤光栅、一号压力形变材料、一号装置保护壳、二号光纤光栅、二号压力形变材料、二号装置保护壳、传感头保护外壳。可通过OSA光谱仪观察到不同的光纤光栅透射谱波谷的横向漂移变化，从而消除温度对压力传感测量的影响，完成温度补偿，进而得到被测压力的精确值。
- 一种基于热平衡条件下的高精度电铸应力在线检测方法-201911000986.1
- 蒋炳炎;罗坤杰;强军;董彦灼 - 中南大学
- 2019-10-21 - 2019-12-17 - G01L1/24
- 本发明公开了一种基于热平衡条件下的高精度电铸应力在线检测方法，采用稳定加热的方法提高电铸液在加温下的平稳性，使电铸液在加热条件下依然能对铸层应力进行高精度检测；阴极基底采用与铸层弹性模量相同或相近的材料；激光发生器和波前传感器的设置，使激光照射在阴极基底抛光面的检测区域，并且激光从抛光面反射后照射在波前传感器的接收窗口；根据电铸过程中反射激光波前相位图得到激光相位曲率半径，计算得到基底曲率半径，并带入stoney公式计算得出铸层平均应力。本发明采用在线检测的方式，可以得出铸层应力与铸层厚度的关系，为铸层应力降低研究提供检测基础。本发明在对铸层应力在线检测的同时，满足了高精度检测的需求。
- 用于FP腔光纤压力传感器的镀层式双层敏感膜-201920522783.8
- 刘滕;江致兴;周俐娜 - 中国地质大学(武汉)
- 2019-04-17 - 2019-12-17 - G01L1/24
- 本实用新型涉及一种用于FP腔光纤压力传感器的镀层式双层敏感膜，属于压力传感器技术领域。本实用新型的FP腔光纤压力传感器包括毛细玻璃管、单模光纤和敏感膜，单模光纤从毛细玻璃管的一环形端面插入，另一个环形端面与将其覆盖的镀层式双层敏感膜固连，单模光纤和镀层式双层敏感膜之间形成一空气腔作为FP腔体；镀层式双层敏感膜包括软膜和镀在软膜外表面的金属硬膜，金属硬膜与单模光纤的纤芯横截面相对设置，金属硬膜的直径与单模光纤纤芯横截面的直径相等，软膜直径与毛细玻璃管环形端面的外径相等。本实用新型将弹性模量较大且反射率大的金属硬膜镀在弹性模量小的软膜外表面，形成一外镀双层结构敏感膜，同时具有很好的形变能力和反射率。
- 一种超量程保护的光纤光栅拉力传感器-201920575025.2
- 赵振刚;李川;李英娜 - 昆明理工光智检测科技有限公司
- 2019-04-24 - 2019-12-13 - G01L1/24
- 本实用新型公开一种超量程保护的光纤光栅拉力传感器，包括传感器主体、球座挂环及传感器外壳，在传感器主体顶部设置挂环，传感器主体腔内部分与球座挂环组成检测机构，检测机构向下穿出传感器主体底部；检测机构包括连接光纤、光纤光栅、形变力杆、传输光纤和球座，形变力杆下端设置呈球体，球座挂环上端设有球座，球体紧固于球座中；在球座挂环下端设置有受力拉环；在形变力杆的两侧对称设置光纤光栅，两根光纤光栅上端之间通过连接光纤连接，两根光纤光栅下端分别连接传输光纤。本实用新型解决了现有传感器存在的测量精度低，抗拉能力弱，无安全保护的问题，较传统的拉力传感器提高了测量精度，扩大了应用范围及安全可靠性。
- 基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置-201910749152.4
- 童海滨;杨濠琨;尤贺 - 河南大学
- 2019-08-14 - 2019-12-10 - G01L1/24
- 本发明公开了基于FBG形状传感的仿生猫胡须柔性接触型车辆触障预警装置，属于光电传感技术领域，包括光源、耦合器、FBG传感阵列、FBG传感探测器、上位机和车辆，光源照射耦合器，FBG传感阵列由耦合器控制，基于FBG应力传感器关键技术传感网络，利用基于离散点空间曲率信息的形状重建算法，结合柔性硅胶作为感知基底，设计了一种可以感知物体表面形状的传感方法，进行了光纤仿生胡须形状实时感知系统的研制，通过增加新型的形状感知附件及辅助系统，为驾驶员在行驶过程中是否触碰障碍提供有效的辅助信息。
- 压力可视化装置及其制备方法、检测设备-201810247405.3
- 李砚秋 - 京东方科技集团股份有限公司;北京京东方显示技术有限公司
- 2018-03-23 - 2019-12-10 - G01L1/24
- 本公开提供一种压力可视化装置及制备方法、检测设备，涉及检测技术领域。该压力可视化装置包括柔性衬底，位于柔性衬底的一表面上且相邻设置的压电模块和电致变色模块，位于压电模块背离柔性衬底一面的第一贴附层，以及位于柔性衬底另一表面上的第二贴附层；压电模块包括多个压电单元，压电单元包括第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的压电层；电致变色模块包括多个电致变色单元，电致变色单元包括第三电极、第四电极、位于第三电极和第四电极之间的电致变色层和离子传输层；其中，第二电极与第三电极之间电连接，第四电极为透明电极。本公开的压力可视化装置小巧便携、且能即时显示压力信号曲线。
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