[發明專利]一種光纖光柵拉力傳感器

有效

• 申請號: 201210085231.8
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102620869A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 趙恩國;鐘少龍
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及光纖傳感領域，特別涉及一種光纖光柵拉力傳感器。

背景技術：

目前，常用的拉力傳感器多為電阻應變式拉力傳感器，雖然具有結構簡單、測量范圍廣、成本低等許多優點，但是也具有一定的局限性，例如：抗電磁干擾能力和抗雷擊能力較差、傳輸距離不遠、需要現場供電、長期穩定性和可靠性不好等。這些都使電阻應變式拉力傳感器在許多工程領域中應用受到諸多限制，例如在架空高壓輸電線拉力監測領域中，現場面臨強電磁干擾環境、沒有電力供應、長期處于濕熱循環的等惡劣環境中會使電阻應變片的使用壽命縮短等諸多不利因素。

近十幾年來，由于光纖光柵傳感技術的快速發展，更由于光纖光柵具有不受電磁干擾影響、現場無需供電、能在易燃易爆環境中應用、長期可靠性和穩定性好等諸多優點，在拉力測量領域中越來越受到科技工作者的重視。

發明內容：

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于光纖光柵傳感技術的新型拉力傳感器，來解決現有技術中抗電磁干擾能力較差、現場供電難、長期穩定性和可靠性不理想等技術問題。

本發明發布的這種光纖光柵拉力傳感器，由一個彈性傳感基體、一個左擋板、兩個“O”型圈、一個溫補光纖光柵、一個保護筒、兩個應變光纖光柵、一個右擋板、一個鎧裝光纜、一個光纜接頭、一個金屬軟管構成。其中，所述的彈性傳感基體是由彈性金屬材料通過精密機械加工而成的，是由左安裝孔、左裝配螺紋、彈性桿、右裝配螺紋、右安裝孔五部分組成。所述的左安裝孔和所述的右安裝孔用于與現有U型金具配合，給所述的彈性桿施加拉力；所述的左裝配螺紋和所述的右裝配螺紋分別與所述的左擋板和所述的右擋板進行螺紋裝配；所述的彈性桿兩個對稱的側面用于粘接或者焊接所述的應變光纖光柵，由所述的彈性桿感知外界拉力，產生相應的形變，并傳遞給所述的應變光纖光柵。

本發明的光纖光柵拉力傳感器制作的基本操作步驟如下：1)將所述的兩個應變光纖光柵采用環氧樹脂膠粘或者錫焊焊接方式等現有技術沿軸向對稱固定在所述的彈性桿兩側；2)將所述的鎧裝光纜處理好，露出一段光纖，并將其穿過所述的光纜接頭的中心孔，密封固定好；3)將所述的鎧裝光纜穿到所述的不銹鋼軟管中，并將所述的不銹鋼軟管與所述的光纜接頭密封固定好；4)將所述的“O”型圈分別套入所述的左擋板和所述的右擋板相應的環形槽中；5)將所述的右擋板通過所述的右裝配螺紋安裝在所述的彈性傳感基體上，并在螺紋處點密封膠，做密封處理；6)將帶有鎧裝光纜的所述的光纜接頭通過螺紋安裝在所述的右擋板上，并利用密封膠進行密封；7)將所述的兩個應變光纖光柵和所述的溫補光纖光柵的尾纖依次通過光纖熔接機連接在一起，并將所述的應變光纖光柵的尾纖與所述的鎧裝光纜露出的光纖用光纖熔接機連接在一起；8)將所述的溫補光纖光柵固定好，用膠固定好；9)將所述的保護筒套在所述的右擋板上；10)將所述的左擋板通過所述的左裝配螺紋安裝在所述的彈性傳感基體上，并用所述的保護筒配合好。

進一步的，所述的彈性傳感基體的材質可以為不銹鋼、或者碳鋼、或者青銅、或者其它良好的彈性材料的一種。

進一步的，所述的彈性桿的橫截面可以是圓形、或者正方形、或者長方形、或者多邊形的一種。

進一步的，所述的應變光纖光柵的功能是感知所述的彈性桿所受外界拉力作用下產生的形變，其數量可以是一支、或者兩支、或者多支均布。本發明采用了兩個應變光纖光柵對稱布置的方式是為了消除或者減小因拉力偏心導致的測量誤差，也可以采用三支或者三支以上的所述的應變光纖光柵沿所述的彈性桿軸向進行均布。

進一步的，所述的溫補光纖光柵的功能是測量傳感器周圍的環境溫度變化，為補償因環境溫度變化而引起的所述的應變光纖光柵的波長變化提供溫度變化的信息。

本發明的基本工作原理是：施加在所述的彈性傳感基體上兩側的拉力使所述的彈性桿產生軸向形變，進而使所述的應變光纖光柵受到拉伸或者壓縮，從而引起了所述的應變光纖光柵的中心反射波長的移動，通過探測所述的應變光纖光柵的中心反射波長的移動量，即可檢測到待測拉力的變化信息。

本發明和已有技術相對比，其效果是積極和明顯的。本發明利用光纖光柵來代替電阻應變片，現場無需供電、不受電磁干擾和雷擊影響，大大提高了傳感器的長期穩定性和可靠性，使其適合在電磁干擾強度大、環境惡劣的野外環境中應用。

附圖說明：

圖1是本發明的光纖光柵拉力傳感器的結構示意圖。

圖2是本發明的光纖光柵拉力傳感器的俯視圖。

圖3是本發明的彈性傳感基體的結構示意圖。