高精度弓型光纤光栅微位移传感器.docx

第26卷第3期2018年3月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.26No.3Mar.2018

文章编号1004-924X(2018)03-0556-09

高精度弓型光纤光栅微位移传感器

谭跃刚，陈宇佳*,李瑞亚，毛健，刘芹(武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070)

摘要：为了测量控机床结构件、微加工工作台的微小变形量，设计了一种高精度弓型光纤布拉格光栅(FBG)微位移传感器。将光纤布拉格光栅的栅区部分粘贴在弓型上下壁处，当弓形件发生变形时，可测出上下壁的应变值，从而测得位移值并进行温度解耦。实验结果表明，在量程为1mm时，传感器的灵敏度为2.02pm/μm,线性相关系数为0.9983,实验的迟滞误差为4.08%,重复性误差为4.08%。在温度补偿实验中可以看出，当温度上升1℃,波长漂移量不到1pm。类似于弓型结构衍生出一种半弓型结构的位移传感器。两类传感器相比，弓型传感器的温度灵敏度比半弓型传感器小0.0015pm/μm,温度补偿效果更好；但半弓型传感器的线性度为0.4%,线性度比弓型传感器好。两种传感器均满足测

量值稳定可靠、精度高、抗电磁干扰能力强，温度不敏感等要求。

关键词：光纤传感；光纤光栅；微位移传感器；高精度；温度补偿

中图分类号：TN253文献标识码：Adoi:10.3788/OPE0556

High-precisionbow-shapedfiberBragggratingmicro-displacementsensors

TANYue-gang,CHENYu-jia*,LIRui-ya,MAOJian,LIUQin

(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering,WuhanUniversityofTechnology,

Wuhan430070,China)

*Correspondingauthor,E-mail:ygtan@

Abstract:InordertorealizesmalldeformationmeasurementsofNumericalControl(NC)machinetoolstructuresandmicro-processingplatforms,ahigh-precisionopticalfiberBragggrating(FBG)micro-displacement-sensorbasedonabowshapewasdesigned.ThegratingregionoftheFBGwasattachedtotheupperandlowerwallsofthebow.Hence,thestrainvalueoftheupperandlowerwallscouldbemeasuredwhilethebowwasdeformed,allowingdisplacementmeasurementandachievingtemperaturedecoupling.Experimentalresultsshowthatinthedisplacementrangeof1mm,thesensitivitybyfittingastraightlineis2.02pm/μm,thelinearityis2.92%,thelinearcorrelationcoefficientis0.9983,thehysteresiserrorofthreegroupsis4.08%,andtherepeatabilityerrorofthreegroupsis4.08%.Atemperaturecompensationtestispresentedinaddition,showing