传感器作业原理及体系和丈量办法
使用衍射光栅和位敏探测器的光学应变传感器的应变丈量原理。衍射光栅粘附在试样的外表，当单色准直光束笔直入射到线性光栅（>40line/mm）平面上时，照亮了光栅平面上的一个点，而在平行于光栅平面的屏上可观察到一组衍射光斑。在图1中，激光束笔直于试样外表入射到反射型衍射光栅上。关于高频衍射光栅只能观察到实践用于应变丈量的±1衍射级的衍射光束。这种衍射光束由距光栅L的高分辨率敏位探测器接纳。当光栅跟从试样形变时，平面内的形变和平面外沿光束入射方向的位移将引起衍射光束的移动。关于笔直于试样外表的入射激光束，±1级衍射光束沿传感器长度的位移由下式给出： (1) 式中，p—光栅的空间频率。 b—±1级衍射光束的衍射角； l—激光波长；假如试样发作小的形变，光栅线距（空间频率）将改动Dp，依照方程(1)，衍射角改动Db，因此可得： (2) 这就是说： (3) 式中，ex是沿x方向的正应变。 假定衍射光束笔直于位敏传感器平面，沿传感器1的位移为： (4) 关于传感器2，只要将b换成-b，可得： (5) 因此，由方程(4)和方程(5)可得根本应变丈量方程。
传感器体系和丈量办法
1、传感器体系硬件图2所示为传感器体系配置，可应用于实验室和工业现场，，由激光源、2个位敏传感器、2个633nm带通滤波器、会聚透镜和光栅组成。光栅的空间频率为1200line/mm，粘附于试样的外表。直径约1mm的He-Ne激光束(632.8mm)入射到光栅平面上的任一点。位敏探测器是根据单片光电二极管的光电子器材。该体系的首要特点是： ①空间分辨率高于其它器材（如CCD）； ②使用两个电压信号确认传感面积上光束的方位，便于信号的快速处理； ③体积小； ④相对方位分辨率高(1/5000)； ⑤不受光强度改变的影响，因此即便光强改变时也能精确地丈量方位； ⑥光谱灵敏度宽（300到1100nm），因此可使用不同波长的激光束； ⑦呼应时刻快（<20ms），适于动态应变丈量。两个位敏传感器的输出电压信号经过A/D转换器送到核算机，最大数据采样速率可达105次/s。两个633nm的滤光器可消除布景光，削减噪声影响。 2、调理办法假如激光束不能笔直入射到试样外表，将引起严峻的丈量误差。这种激光束的误准直是难以消除的，除非光栅到激光器的反射零级光束与入射光束重合。这种光束的重合有必要沿笔直方向，保证±1级衍射光束对称散布。体系调理的关键是使入射激光束笔直于试样外表，有必要仔细检查光栅是否牢固地粘附于试样外表，试样是否彻底定位。此外还可调理位敏传感器使衍射±1级光束正好坐落两个位敏传感器平面的中心。 3、丈量办法首要丈量过程如下： ①试样与衍射光栅的准备作业类似于莫尔干涉仪； ②在100~500mm之间确认位敏传感器到光栅的间隔L，并输入到核算机软件。不能挑选L=250mm； ③加负荷前的初始实验是丈量x10和x20的平均值； ④对试样加压，丈量新的x1和x2的平均值； ⑤使用方程(6)核算应变。一切的核算都是由核算机软件主动完结的。 4、接口软件流程是用LabVIEW完结的，包含数据采样、滤波、核算、读出和写入存储器、显现屏等。数据处理速度很高，整个处理周期约0.1s。一切的信号处理和数据收集都是主动的。应变丈量成果以数字和图线的方式接连地显现在PC屏上。
