[發明專利]基于FBG的柔性繩索載荷和溫度同時測量傳感器

無效

• 申請號: 201310516293.4
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103528734A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 劉戰偉;楊洋;田強;趙爾強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01K11/32
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 許志勇;于淼

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，尤其是涉及一種基于FBG（光纖光柵，Fiber?Bragg?Grating）的柔性繩索載荷和溫度同時測量傳感器。

背景技術

現有技術中，工業使用的柔性繩索因具有柔軟易彎曲變形、繩直徑小、表面不平整、通常使用環境隱蔽等特點，致使繩中載荷測量困難。

目前，測量柔性繩索的載荷的方法通常是使用電磁式的張力測試儀，專利（專利號：CN2607564Y）的實用新型專利“一種鋼絲繩張力測量儀”以及專利（專利號：CN2648426Y）的實用新型專利“索拉力測量儀”，提供了相關的測量方法。但是這種方法難以實現實時跟蹤監測柔性繩索動態載荷變化，而且裝置尺寸較大，測量范圍小，靈敏度低，易受電磁信號干擾，長期穩定性差，壽命低，無法實現載荷和溫度同時測量，所以需要開發一種能夠克服上述缺點的實時監測柔性繩索載荷和溫度的光纖光柵傳感器。

FBG是在光纖中引入周期性的折射率調制而形成的光波導器件，通過檢測寫入光纖內部的光柵反射或透射布拉格波長光譜，實現被測結構的應力和溫度等參量的絕對測量。它具有靈敏度高，精度高，重量輕，體積小，耐腐蝕，成本低，光路可彎曲，不受電磁干擾，便于實現遠距離、長期監測等優點，而且多個光纖光柵可以采用一根光纜傳輸，便于組成傳感系統，可實現準分布式測量。因為其具有上述優于傳統光測、電測法的特點，自問世以來就得到了廣泛的應用。但是，由于裸光纖直徑很小，抗剪能力差，而且柔性繩索在受載拉伸過程中軸向應變復雜，難以通過直接粘貼裸光纖測量，因此將裸光纖封裝成為能夠實時監測柔性繩索載荷和溫度的傳感器具有重要意義。

綜上所述，如何研制一種傳感器能夠實現基于FBG的柔性繩索載荷和溫度同時測量，便成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于FBG的柔性繩索載荷和溫度同時測量的傳感器，以解決如何實現基于FBG的柔性繩索載荷和溫度同時測量問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于FBG的柔性繩索載荷和溫度同時測量傳感器，其特征在于，包括：

支撐單元、承載單元和傳感單元，其中，

所述支撐單元包括：基底和翼緣；

所述承載單元包括：等強度懸臂梁和支撐柱；

所述傳感單元包括：光纖光柵和分離套管；

所述基底呈工字型，基底的兩側分別設置有所述翼緣；所述基底內框一端連接一等強度懸臂梁；

所述等強度懸臂梁遠離根部的位置突起為支撐柱；所述等強度懸臂梁的上下表面中心靠近根部均軸向布置有凹槽；上下的兩個所述凹槽內部對稱粘貼有溫度和載荷同時測量的傳感單元；

所述支撐柱垂直于所述基底平面且位于該基底軸向的中心部位，該支撐柱頂端設置有通孔，所述基底的內框兩端對稱布置有通孔；

所述光纖光柵采用單光柵分離粘貼技術粘貼固定在等強度懸臂梁凹槽內。

進一步地，其中，所述支撐柱分別距兩個所述通孔距離相等。

進一步地，其中，所述基底、翼緣、等強度懸臂梁和支撐柱由一整體型材切割而成。

進一步地，其中，所述等強度懸臂梁呈等腰梯形。

進一步地，其中，其特征在于，所述單光柵分離粘貼技術，進一步為：所述光纖光柵的柵區的一部分與內徑略大于所述光纖光柵直徑的分離套管套接，所述光纖光柵與分離套管套接部分為測溫單元，未套接部分為測載荷單元，所述光纖光柵和連同分離套管套接后通過粘膠完全粘貼固定在等強度懸臂梁凹槽內，然后通過環氧膠對光纖光柵和分離套管進行灌封涂覆。

進一步地，其中，所述分離套管是厚度小于100μm的薄膜管，其材質采用PBT、PP、PC、PET或PVC。

進一步地，其中，所述基底和支撐柱上的通孔的直徑均略大于所述所測柔性繩索直徑。

綜上所述，與現有技術相比，本發明所述的基于FBG的柔性繩索載荷和溫度同時測量的傳感器，具有以下優點及突出性效果：

1、所述傳感器基底整體呈工字型結構，中部為腹板，兩側翼緣。基底內框一端伸出(切割出)一等強度懸臂梁，等強度懸臂梁遠離根部的位置突起為支撐柱，垂直于基底平面且位于基底軸向的中心部位。支撐柱頂端鉆孔，工字型基底兩端對稱鉆孔。等強度懸臂梁上下表面中心靠近根部均軸向刻有凹槽。基底、等強度懸臂梁和支撐柱均為一體結構。

2、本發明由于基于光纖光柵，采用簡便的單光柵分離粘貼技術固定在等強度懸臂梁凹槽內，可實現柔性繩索載荷和溫度的同時測量。