高精度光纖壓力傳感器件標定裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖壓力傳感器件標定裝置，尤其涉及一種為獲取光子晶體光纖壓力傳感器件輸出特征光譜和壓力標準值對應關系而設計的高精度光纖壓力傳感器件標定裝置。
【背景技術】
[0002]在兵器工程、航空航天領域，層間壓力是需要在線監測的重要數據之一，但是某些試驗件內部結構十分緊湊，使用傳統的壓力傳感器難以實現這類狹小空間內的層間壓力監測，特別是在易燃易爆的場所，可靠的檢測技術對確保人員和產品安全意義重大。尤其對于預緊組合結構件，是一種具有幾種不同材質及不規則幾何形狀的部件組合在一起的緊密結構，部件間間隙只有幾百微米，在某些應力集中的地方夾一層如海綿橡膠、膠帶等緩沖墊層材料。這種結構裝配時在外部施加一個預緊力，此預緊力傳遞到內部組件上形成壓力，用于防止其部組件出現滑移、結構失穩等現象，導致整個結構件性能下降，并且預緊結構部組件上下件之間間隙小，普通壓力傳感器無法安裝和測量，所以這種特殊結構件的預緊力監測是個工程難題。
[0003]相比普通電子類傳感器，光纖類傳感器具有尺寸小、精度高、本質安全等優越性能，在以上特殊的場合具有獨特的優勢。目前光纖壓力傳感技術大部分研究都基于法布里珀羅干涉儀(FPI)或光纖光柵(FBG)式，兩者都能獲得光纖軸向壓力或應力變化，但當需要橫向壓力信息時，一般要通過設計特殊的結構，無疑很大程度上增加了探頭體積，且很難實現高精度或大壓力測量，為此我們研究了基于保偏光子晶體光纖的橫向壓力檢測技術。保偏光子晶體光纖是近年來出現的一種新型材料，相比傳統保偏光纖具有更高的壓力敏感性，它的出現為層間壓力檢測技術提供了一條嶄新的途徑，更加有利于提高測試精度。在光子晶體光纖壓力檢測技術中傳感探頭的標定技術是關鍵技術之一，其準確性直接影響著測量精度。這是因為光纖類傳感器屬于非標產品，沒有現成的國家或行業標準可以參考，更加缺乏合適的標定裝置，所以針對它的專用標定裝置和標定方法的研究具有重要意義。
[0004]傳感器的標定，就是通過實驗建立傳感器輸入量和輸出量之間的關系，同時也確定出不同使用條件下的誤差關系。壓力傳感器的靜態標定，主要指通過一系列的標定曲線得到靜態特性指標，如非線性、遲滯、重復性和精度、靈敏度等。從計量學的角度看，測量誤差具有相當嚴格的定義，它表征了測量壓力與實際壓力之間的差異，一般無法直接獲得實際壓力，但可以通過采用適當的壓力標準加以估計，通常采用精度比被測設備高的儀器作為測量標準，所以高精度的標定裝置對評估傳感器靜態指標有重要意義。
[0005]光纖類壓力傳感器一般與光譜采集分析儀器配套使用，探頭所受壓力信號通過光譜采集分析儀器轉換成光譜信號，所以光纖類傳感器的標定即是通過標定裝置找到外界壓力值與光譜信號的對應關系。以光子晶體光纖壓力傳感器為例，光譜分析采集儀主要由壓力敏感單元、光纖激光器、光耦合器、光電探測器及計算機五部分組成。激光器發出的光經過2X2光纖耦合器以兩個相反方向進入壓力敏感單元，壓力敏感單元與耦合器形成Sagnac干涉環，兩路光信號在耦合器處形成干涉光譜，通過耦合器輸出給光電探測器，由計算機記錄并分析Sagnac干涉環輸出光譜的特征峰值的波長偏移值，從而獲得施加在傳感單元上的壓力。壓力敏感單元是由保偏光子晶體光纖制成，其內部是一種特殊的多孔結構，由大小不一且按特定規則排列的氣孔組成。
[0006]光子晶體光纖敏感單元傳感原理是，光束從兩個相反方向通過Sagnac環，在沒有引入外界因素干擾時，兩束光之間是固定相位差。但是當敏感單元橫向受壓后，在光纖截面內會產生應力應變，等效至X、I兩個主軸方向上，導致光纖中對應方向折射率變化，其相位差將發生變化。透射干涉譜在相位差變化影響下，干涉谷值尖峰會向某一方向移動，通過尋找波長值移動與標準壓力的關系，即可實現對壓力的測量。
[0007]通過標定實驗數據可以獲得標準壓力與輸出干涉譜峰值偏移量之間的對應關系，從而分析出傳感單元特性。已有的光纖標定實驗裝置有兩種，一種是采用高精度材料實驗機進行壓力加載，將材料試驗機的加載載荷數據作為標準壓力值，其優點是:量程大，可連續加載，具有力控和位控兩種加載控制方式，所以可進行壓力加載和松弛實驗，其力控的精度是0.5% F.S，位移控制精度1% F.S。缺點是:組織實驗繁瑣，實驗次數有限，開支較大，加載裝置需要設計專用工裝夾具才能進行微細光纖傳感器的標定實驗。這類裝置采用液壓控制載荷大小，傳遞到上加載面給傳感器施加壓力。傳感器粘貼在安裝面上，安裝面與臺體間采用碗狀工裝夾具連接，雖然可以微調安裝面平行度以確保垂直加載，但當被測傳感器沒安裝于加載面中心線上，由于傳感器的引入使安裝面出現傾斜，安裝面一端翹起頂到加載面上，以至于加載于傳感器上的力與實際加載力存在偏差；另一種是我們設計的砝碼式靜態加載裝置，設計了導向裝置確保加載頭垂直于安裝平面加載，缺點是加工精度對加載頭的導向性能影響大，且只能加載固定載荷，標定樣本數受到砝碼總量限制，更無法檢測材料松弛效應。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種高精度光纖壓力傳感器件標定裝置，這種標定裝置可實現光纖壓力傳感器標定所需標準壓力值的加載和檢測，還可檢測粘彈體材料松弛效應。
[0009]本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的:
[0010]一種高精度光纖壓力傳感器件標定裝置，包括支撐框架、加載體、安裝夾具和傳感器，所述支撐框架包括底座、框架上平板、支撐桿和調節墊塊，橫向的所述底座和橫向的所述框架上平板之間通過豎向的所述支撐桿連接，橫向的所述調節墊塊安裝于所述底座上并位于中部位置；所述加載體包括加載桿、上調節螺母、下調節螺母、導向桿、加載板和直線軸承，豎向的所述加載桿穿過框架上平板并通過所述上調節螺母和所述下調節螺母安裝于所述框架上平板的中部位置，所述上調節螺母和所述下調節螺母分別位于所述框架上平板的上方和下方，豎向的所述導向桿的上段通過豎向的所述直線軸承安裝于所述框架上平板上并能上下移動，所述直線軸承穿過所述框架上平板，所述導向桿的下端與橫向的所述加載板的上面連接，所述加載板位于所述調節墊塊的上方；所述安裝夾具安裝于所述調節墊塊與所述加載板之間并用于安裝被測光纖壓力傳感器件；所述傳感器包括一只力傳感器和四只位移傳感器，所述力傳感器的上端與所述加載桿的下端連接，所述力傳感器的下端安裝在單耳片上，所述單耳片通過插銷與雙耳片連接，所述單耳片和所述雙耳片之間可以繞所述插銷擺動，所述雙耳片安裝于所述加載板的上面，四只所述位移傳感器的下端分別安裝于所述調節墊塊上并位于靠近四角處，四只所述位移傳感器的上端分別通過加長桿與所述加載板的下面連接。I只力傳感器用于對加載載荷實時測量，4只位移傳感器用于對裝置加載板的平行度進行檢測以確保垂直加載，并可對被測光纖壓力傳感器件的松弛效應進行檢測；上述被測光纖壓力傳感器件一般也稱為被測試件。
[0011]為了具有更好的穩定性，所述支撐桿為四個且分別安裝于所述底座上靠近四角處。
[0012]作為優選，所述框架上平板的兩端寬度大于其中部寬度形成“工”字型收腰結構，這樣不但減輕整體重量，還減少加載時由于其遮擋造成的操作不便，所述導向桿為兩個且對稱分布于所述加載桿的兩側。
[0013]根據實際需要，所述安裝夾具為曲面夾具或平面夾具，當所述安裝夾具為曲面夾具時，所述曲面夾具包括凸底座和凹蓋板，所述凸底座安裝于所述調節墊塊的上面，所述凹蓋板安裝于所述加載板的下面；當所述安裝夾具為平面夾具時，所述平面夾具放置于所述調節墊塊的上面。曲面夾具應用于曲面結構件內的光纖壓力傳感器標定，平面夾具用于不同敏感長度的光纖壓力傳感器標定。
[0014]作為優選，所述力傳感器為S型微型高精度拉壓雙向力傳感器，所述位移傳感器為微型高精度差動位移傳感器。
[0015]作為優選，所述加載桿通過細牙螺紋與所述上調節螺母和所述下調節螺母連接。這樣，加載桿可雙向精細調節。
[0016]本實用新型的有益效果在于:
[0017]本實用新型針對光纖壓力傳感器等非標產品的標定難題，提供一種專用標定裝置，可為被測光纖壓力傳感器件提供多點壓力標準值，始終能夠保持載荷垂直、均勻、完全加載于力傳感器的探頭上，使被測光纖壓力傳感器件受力與實際加載載荷完全一致，從而確保準確獲取光纖壓力傳感單元輸出的特征光譜和壓力標準值對應關系，具有精度高、體積小、操作簡便、載荷范圍寬、載荷大小可任意調節的優點；通過本實用新型所述高精度光纖壓力傳感器件標定裝置還可以針對預緊組合結構和曲面結構等特殊結構件進行層間壓力和材料松弛效應的檢測，也可適用于其他薄膜式、薄片式等非標壓力傳感探頭的特性檢測；另外，本實用新型所述高精度光纖壓力傳感器件標定裝置還具有加載時加載板保持垂直加載，力傳感器探頭的引入不影響加載精度，可以實現不同敏感長度光纖壓力傳感器的標定，且適用于平面及曲面結構件的優點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型所述高精度光纖壓力傳感器件標定裝置的剖視結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型所述高精度光纖壓力傳感器件標定裝置的凹蓋板的剖視圖；
[0020]圖3是本實用新型所述高精度光纖壓力傳感器件標定裝置的凸底座的剖視圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0022]如圖1所示，本實用新型所述高精度光纖壓力傳感器件標定裝置包括支撐框架、加載體、安裝夾具和傳感器，所述支撐框架包括底座1、框架上平板14、支撐桿8和調節墊塊2，橫向的底座I和橫向的框架上平板14之間通過四個豎向的支撐桿8連接，四個支撐桿8分別安裝于底座I上靠近四角處，橫向的調節墊塊2安裝于底座I上并位于中部位置，可以通過在調節墊塊2下增加微米級厚度間隙片來調節其平面水平度，框架上平板14的兩端寬度大于其中部寬度形成“工”字型收腰結構；所述加載體包括加載桿13、上調節螺母