[發明專利]基于碳纖維材料的光纖傳感器

有效

• 申請號: 201310431186.1
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103542871A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 于海鷹;魏謙;王猛;秦旭輝;李琪;袁曉寧;雷淑忠;劉知春
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 褚慶森

技術領域

?本發明涉及一種基于碳纖維材料的光纖傳感器，更具體的說，尤其涉及一種設置有螺旋凸輪和齒輪嚙合結構的基于碳纖維材料的光纖傳感器。同時本發明的傳感器，還可以測量建筑內相關存在角度的變化以及閥門開度、風量開關開度以及電力通信領域的混凝土工程基礎設施，及架空線路搖擺情況。

背景技術

由于建筑設計本身、施工工藝等因數，或者建筑物經過了長久的使用，會使得建筑墻體上出現裂縫、預制件與墻體之間出現裂縫。有些建筑的關鍵部位在應力的作用下，也會發生形變、位移等變化；再者，隨著建筑物使用年限的延長，建筑物結構某處的角度也會發生變化。不影響建筑使用性能的裂縫、形變是允許存在的，但是如果裂縫隨著時間會不斷發生變化，達到影響建筑自身質量的程度，就不再被允許了。

在有些建筑物中，管道的開度、風道的開度也需要不間斷的長期進行測量，現有的傳感器使用年限遠低于建筑設備的使用年限，使得傳感器的檢測不準確或檢測失效，影響建筑物的正常、安全使用。

局限于現有的測量技術和儀器，只能通過常規的測量手段，從宏觀上測出建筑結構裂縫、形變和角度的大小，而對于裂縫、形變和角度的細微變化，則不能表征出來。以及當建筑上的裂縫達到一定程度時，不在適于居住，建筑物內的人員應迅速撤離建筑物，并可有針對性的進行建筑加固修補，但目前還沒有能夠做出這種預警的設備。

現有檢測建筑物裂縫、形變和角度變化的傳感器均為電子器件，不僅容易受到外界的電磁干擾，影響測量的準確性，而且還容易發生腐蝕現象，降低了傳感器的使用壽命。

發明內容

本發明為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種設置有螺旋凸輪和齒輪嚙合結構的基于碳纖維材料的光纖傳感器。

本發明的基于碳纖維材料的光纖傳感器，包括內部為空腔的環形框架，所述環形框架的一側固定有固定板；其特別之處在于：所述環形框架的內部空腔中設置有螺旋凸輪、探測臂、懸臂梁和支撐彈簧，螺旋凸輪通過固定軸轉動地設置于固定板上，螺旋凸輪上固定有可繞固定軸轉動的齒輪；懸臂梁固定于環形框架上，懸臂梁的上、下兩表面上分別貼有完全相同的上光纖光柵、下光纖光柵，上光纖光柵和下光纖光柵形成光纖測量元件；探測臂的一端設置有與齒輪相嚙合的齒條，另一端伸出于環形框架；懸臂梁處于水平位置時螺旋凸輪處于初始位置，且此時螺旋凸輪與懸臂梁相接觸；支撐彈簧下端固定于環形框架上，上端與懸臂梁相接觸，支撐彈簧處于始終迫使懸臂梁壓向螺旋凸輪的狀態；固定板通過多個第一固定螺釘固定于建筑墻體上，探測臂上遠離齒輪的一端通過第二固定螺釘固定于建筑墻體上，第一固定螺釘、第二固定螺釘位于墻體裂縫的兩側。

環形框架和固定板起固定和支撐作用，其可采用硬質碳纖維板材料。螺旋凸輪通過固定軸進行固定，以保證螺旋凸輪在齒條與齒輪的嚙合驅動下進行轉動。螺旋凸輪的邊緣與懸臂梁相接處，支撐彈簧對懸臂梁始終處于壓迫狀態，以便螺旋凸輪在正轉和反轉的過程中，懸臂梁向兩側均可進行彎曲。固定板通過第二固定螺釘固定于墻體裂縫的一側，探測臂遠離齒條的一側通過第一固定螺釘固定于墻體裂縫的另一側，這樣墻體裂縫的變換，就會轉化為探測臂的移動；探測臂通過齒條和齒輪的嚙合帶動螺旋凸輪進行轉動，螺旋凸輪的轉動會驅使懸臂梁彎曲，通過上光纖光柵和下光纖光柵可測得懸臂梁的彎曲程度，進而得出墻體裂縫的變化量。

本發明的基于碳纖維材料的光纖傳感器，設螺旋凸輪與懸臂梁的接觸點距離固定軸的中心的距離為R，則R=KA；其中，K為螺旋凸輪的螺旋常數，A為螺旋凸輪相對于初始位置轉動的角度。

本發明的基于碳纖維材料的光纖傳感器，所述環形框架的內外兩側分別設置有內層碳纖維布和外層碳纖維布，內層碳纖維布、外層碳纖維布的邊緣分別設置有與墻面碳纖維布相連接的多塊內層碳纖維布觸角、多塊外層碳纖維布觸角。

通過在環形框架的兩側設置內層碳纖維布和外層碳纖維布，可對光纖傳感器的各部分進行保護，通過設置的內層碳纖維布觸角、外層碳纖維布觸角可將整個光纖傳感器與墻面碳纖維布相固定，實現對整個光纖傳感器的固定。

本發明的基于碳纖維材料的光纖傳感器，所述環形框架上設置有便于探測臂通過的開口，該開口處設置有對探測臂進行限位的兩限位塊。

本發明的基于碳纖維材料的光纖傳感器，包括起信號采集和數據運算的微處理器，所述光纖測量元件的輸出經光譜測量模塊、信號處理電路后輸入至微處理器的輸入端，微處理器的輸出端連接有信息顯示模塊；微處理器連接有電源模塊和控制按鍵模塊。