[發明專利]一種光纖型力值監測裝置

無效

• 申請號: 201110347756.X
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN103091011A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 杜兵
• 申請（專利權）人: 西安金和光學科技有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感裝置，具體涉及一種光纖型力值監測裝置。

背景技術

力值的測量是最普遍的需求之一，其應用面非常廣闊，從日常生活到工農業的生產均是需要的，其中應用最多的是電阻應變片，其體積小、成本低、應用廣，但其缺點也是突出。電阻應變片依靠微弱的電阻變化來反映力值的變化，存在著非線性問題、溫度漂移和零點偏移等問題，這些需要精密的電橋電路來保證測量的準確性，當處于強電磁干擾環境時，會對整個測試電路造成影響，這不僅影響電阻應變片測試系統的穩定性，同時對其使用壽命也有較大不利影響。另外，在易燃易爆的場所使用也需采取特殊的結構，從而增加了成本。

光纖光柵是近年來發展較快的一種光纖傳感技術，相對于傳統的如電阻應變片類型的傳感裝置，具有精度高、壽命長、抗電磁干擾，易于與微機連接等優點，但基于光纖光柵(這里簡稱FBG)的力值傳感器也有一些缺點，如動態范圍小、監測設備昂貴等問題。在《光電子·激光》2005年第16卷第10期刊登的《光纖光柵在預應力鋼絞線應力測量中的應用》文章中結論部分就提到，“……，對應預應力鋼絞線應變為5457με時，FBG出現斷裂。由于預應力鋼絞線的應變通常可達到10000με以上，因此FBG的貼裝工藝需改進，……”。上述文章中提到的對應FBG斷裂的應變值是實驗中的數據，實際工程的長期使用環境下，對應FBG斷裂的應變值由于應力腐蝕等問題會小很多。另一方面，鋼材料的線熱膨脹系數大約高于基于石英材料的FBG的線熱膨脹系數兩個數量級，這也是需要考慮的因素之一。所以，FBG應變監測工程中的貼裝工藝的改進需要滿足諸多苛刻條件的要求，如測試結果的準確性和線性問題，長期使用的穩定性和壽命問題，以及線熱膨脹系數差異所引入的問題，這些都限制了其在實際工程中的推廣使用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種光纖型力值監測裝置，具有微彎光纖傳感技術的精度高、抗電磁干擾、成本低的優點，且其光路是全封閉的具有良好的穩定性、大的動態范圍、長壽命及抗振動特性，其檢測設備可使用光纖通信領域最常見的光源-光功率計就可以，使該力值監測裝置的結構簡單、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，并可應用于易燃易爆場所，減少安全事故的發生可能性，使用價值高，適應性強。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種光纖型力值監測裝置，包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在所述的殼體上有一開口，一個移動桿與開口滑動配合，所述的移動桿的一端與位于所述的殼體內的滑板連接，所述的移動桿的另一端位于殼體外，在所述的殼體上和位于殼體外的移動桿上安裝有固定或連接裝置；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號光纖穿過的曲線形測試通道和與信號光纖相接且對信號光纖中的光信號功率變化量進行同步測試與分析處理的測試單元；所述曲線形測試通道包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一和多個變形齒二，所述多個變形齒一和多個變形齒二呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖穿過的曲線形通道，所述變形齒一和變形齒二對應布設在信號光纖的兩側；在所述的殼體內壁與滑板間安置有曲線形測試通道。

在所述的滑板與殼體內壁間還安置有與曲線形測試通道并聯的輔助彈簧。

在所述的滑板與殼體內部相對的兩個面之間分別安置是輔助彈簧和曲線形測試通道。

所述的輔助彈簧是蝶形彈簧或蝶形彈簧的組合。

所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。

所述的測試單元殼體外，所述的信號光纖的一部分穿過殼體壁上的開口并與測試單元連接。

在所述的殼體內壁與滑板間安置有與曲線形測試通道串聯連接的補償彈簧。

在所述的移動桿上安置有防扭器。

在所述的殼體內壁有凹槽，滑板上有凸棱，所述的凹槽和凸棱是滑動配合。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、結構簡單、加工制作簡便、投入成本低且使用方式靈活、靈敏度高。

2、通過采用基于光纖微彎傳感技術的監測裝置可以提高測試精度，并具有良好的抗電磁干擾能力、耐腐蝕性，同時具有良好的抗震能力，適于實際工程環境條件。

3、其全封閉的光路檢測系統，提高了光纖傳感單元的穩定性、可靠性，增加了力值傳感裝置的安全性，并適于應用在易燃易爆的場所。

4、采用特種光纖可以大幅度的延長光纖傳感單元的使用壽命，如采用理論設計壽命200年的碳涂覆光纖，可以大大降低維護成本。