[發(fā)明專利]一種基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310667211.6
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103673898A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李川;莊君剛
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器，其特征在于：包括位移測量和傳遞裝置、位移大小轉(zhuǎn)換裝置和位移感應(yīng)裝置，且上述裝置均固定在金屬盒（17）內(nèi)部，位移測量和傳遞裝置的主體是通過齒條套管Ⅰ（12）和齒條套管Ⅱ（13）固定在金屬盒（17）內(nèi)部的齒條Ⅰ（5），齒條Ⅰ（5）的上端伸出金屬盒（17）外部并通過位移限位套管（11）固定；位移大小轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)是階梯軸（10）同軸連接大齒輪（3）和小齒輪（4）；位移感應(yīng)裝置的主體是通上端過齒條套管Ⅲ（14）套合、下端通過等強度懸臂梁（2）固定連接的齒條Ⅱ（6），等強度懸臂梁（2）的上下表面安裝有光纖Bragg光柵（1）；齒條Ⅰ（5）與大齒輪（3）嚙合，齒條Ⅱ（6）與小齒輪（4）嚙合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器，其特征在于：所述齒條Ⅰ（5）底端通過彈簧Ⅰ（15）安裝在金屬盒（17）內(nèi)部，齒條Ⅱ（6）的頂端通過彈簧Ⅱ固定在金屬盒（17）內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器，其特征在于：所述階梯軸（10）的兩端分別通過滾動軸承Ⅰ（8）和滾動軸承Ⅱ（9）安裝在金屬盒（17）內(nèi)部。

4.??根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器，其特征在于：所述光纖Bragg光柵（1）安裝在等強度懸臂梁（2）的上下表面中心軸線處。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器，其特征在于：所述光纖Bragg光柵（1）黏貼在等強度懸臂梁（2）上。

6.一種基于齒輪旋轉(zhuǎn)式光纖Bragg光柵大位移傳感器的使用方法，其特征在于：

（1）通過測量接觸頭（7）測量應(yīng)變位移，齒條Ⅰ（5）的大位移通過大齒輪（3）同軸轉(zhuǎn)換為小齒輪（4）的小位移，然后再通過齒條Ⅱ（6）引起等強度懸臂梁（2）的形變，等強度懸臂梁的變形引起光纖Bragg光柵的形變，得到應(yīng)變位移和溫度引起的光纖Bragg光柵的波長移位量????????????????????????????????????????????????為：

式中，是應(yīng)變靈敏系數(shù)，大小為，其中為有效彈-光系數(shù)，其值為=0.22，?是溫度靈敏系數(shù)，是光纖Bragg光柵中心波長，是光纖Bragg光柵所受應(yīng)變量，是光纖Bragg光柵的溫度變化量；

（2）將等強度懸臂梁（2）上下表面安裝兩個初始波長相同的光纖Bragg光柵波長移位相減，消除環(huán)境溫度的影響，得到上、下表面兩個光纖Bragg光柵的波長移位差值為：

??????????????????????????????????????????????

式中，?，分別為波上、下表面的光纖Bragg光柵波長移位量；

（3）根據(jù)材料力學(xué)，得到等強度懸臂梁撓度f引起等強度懸臂梁中心軸向應(yīng)變?yōu)椋?/p>

再根據(jù)傳感器中齒輪與齒條的位置關(guān)系，得到光纖Bragg光柵的Bragg波長移位與外部實際位移的關(guān)系為：

式中，h為等強度梁的厚度，為等強度梁長度，f為等強度懸臂梁自由端撓度，S為齒條Ⅰ5的位移，為大齒輪3的半徑，為小齒輪4的半徑。