[發明專利]光纖光柵位移轉角一體化傳感器

無效

• 申請號: 201210375790.2
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102878937A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 劉炎
• 申請（專利權）人: 無錫市政設計研究院有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發明涉及一種光纖光柵位移轉角一體化傳感器，具體地說是用于檢測土木工程中結構健康情況的，屬于傳感技術領域。

背景技術

在土木工程中，結構健康監測(SHM)對保證土木結構的長期安全運行具有重要的意義。而位移和轉角檢測是結構健康監測中最基本的測量項目，位移檢測可采用位移傳感器，轉角檢測可采用傾角儀或角位移傳感器。傳統的位移傳感器、傾角儀或角位移傳感器是基于電類測量傳感技術，如電阻應變片、鋼弦計等，由于它們耐久性差，無法滿足土木結構的長期監測。

光纖光柵傳感器是一種新型智能傳感器，其抗潮、抗腐、耐久性強，能在惡劣環境下工作，可靠性好、抗干擾性強，而且容易構成傳感網絡。光纖光柵傳感器因為具有這些優點，得到了世界的廣泛關注。目前世界上已將光纖光柵傳感器應用于溫度、應變、壓力、位移、加速度、流量等多種物理量的測量中。

現有的光纖光柵位移傳感器存在量程小，易損壞或未考慮溫度影響等缺點。如專利號為200510047350.4的“一種光纖光柵位移傳感器”是利用彈簧的拉伸使鋼管封裝的光纖光柵應變傳感器變形來測定位移變化。該發明結構簡單，但未考慮到溫度因素的影響。又如專利號為200810201667.2的“一種拉線式光纖光柵位移傳感器”是通過輪轂、齒輪將應力作用在測量光柵上實現位移的測量。該發明考慮到溫度因素的影響，自帶有溫度補償，但由于光纖光柵沒有附著基體而直接受力，在較大的外力作用下容易發生光纖斷裂而破壞。再如專利號為201010127525.3的“超精密光纖光柵位移傳感器”是將光纖光柵布設在測桿兩端，傳感器測頭發生位移時，光纖光柵將被拉伸，其中心波長發生相應變化，通過測試波長變化量得到位移，該發明具有很高的分辨率和位移精度，但是量程較小，為50um，且未考慮溫度因素的影響。

現有的可用于測量轉角的光纖光柵傾角傳感器存在測量范圍小、容易損壞等缺點。如專利號為200410009719.8的“一種光纖光柵傾斜角度傳感器”利用重力擺的重力使粘貼于等截面梁上的兩只光柵發生變形，用于測定傾斜變化，但量程較小，僅為2-8°。又如專利號為200310113187.8?的“光纖光柵傾角傳感器”和專利號為200910097186.6的“新型光纖光柵二維傾斜角度傳感器”發明由于光纖光柵沒有附著基體直接受力，在較大的外力作用下容易發生光纖斷裂而破壞。

而對于將光纖光柵位移和轉角一體化的傳感器目前尚未見到。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種耐久性能良好、測量精確度高、測量范圍大、不受溫度影響，且結構簡單、不受電磁場干擾的光纖光柵位移轉角一體化傳感器，利用光纖光柵進行位移和轉角檢測。?

按照本發明提供的技術方案，光纖光柵位移轉角一體化傳感器包括圓軸、軸承、銷軸、螺旋軸、第一拉線、殼體、支桿、等強度梁、第一光纖光柵、彈簧、墊塊、保護管、第一尾纖、連接桿、第二光纖光柵、第二尾纖和第二拉線，其特征是：殼體一側固定銷軸，銷軸上套裝軸承，軸承上套裝螺旋軸。殼體內固定墊塊，等強度梁一端通過螺釘固定在墊塊上，另一端固定支桿。所述支桿與螺旋軸側面接觸。所述等強度梁上下表面分別對稱粘貼第一光纖光柵、第二光纖光柵。第一尾纖、第二尾纖分別粘貼在等強度梁的上下表面。所述第一尾纖與第一光纖光柵連接，第二尾纖與第二光纖光柵連接。所述螺旋軸一側固定圓軸，圓軸側面固定連接桿。殼體內固定保護管，保護管內安裝彈簧。所述彈簧的一端連接第一拉線，第一拉線一頭緊密纏繞在圓軸上。彈簧的另一端連接第二拉線。

所述螺旋軸的外輪廓曲線為阿基米德螺旋線。

所述銷軸與支桿垂直。所述支桿與等強度梁垂直。所述第二拉線穿出殼體。所述第一尾纖穿出殼體。所述第二尾纖穿出殼體。所述圓軸與螺旋軸同軸。所述連接桿穿出殼體。

本發明與已有技術相比具有以下優點：

本發明結構簡單、緊湊，合理；將光纖光柵對稱粘貼在等強度梁的上下表面上，克服了光纖光柵易損壞，受溫度影響的缺點；并且增加了彈簧，可以實現較大范圍的測量；利用了螺旋軸結構可測量±180o以內的任何角位移。

附圖說明

圖1為本發明主視圖。

圖2為本發明俯視圖。

附圖標記說明：1-圓軸、2-軸承、3-銷軸、4-螺旋軸、5-第一拉線、6-殼體、7-支桿、8-等強度梁、9-第一光纖光柵、10-彈簧、11-墊塊、12-保護管、13-第一尾纖、14-連接桿、15-第二光纖光柵、16-第二尾纖、17-第二拉線。

具體實施方式