[實用新型]應力監測裝置

有效

• 申請號: 201420087557.9
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN203772461U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 陸兆輝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第八研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 路遠

技術領域

本發明涉及一種測量裝置，特別是涉及一種用于栓系應力的監測裝置。

背景技術

目前的浮空平臺多采用系留纜繩連接地面的錨泊車，完成系留錨泊。系留纜繩中包括的電纜和光纜分別負責從地面向浮空平臺提供電力保障，提供控制信號的上下行傳輸。當浮空平臺在空中工作時，一旦系留纜繩的栓系力下降，會導致浮空平臺掙脫纜繩束縛，造成球體失控損壞、人員傷亡等嚴重事故。因此必須對其系留應力進行實時在線監測，以保障浮空平臺的安全。

現今系留纜繩和浮空平臺間采用壓電式應力傳感器進行浮空平臺的拉力監測，采用壓電式測量原理，通過對電信號的監測從而確定所受拉力的大小。常規的壓電式應力傳感器在使用過程中存在零點漂移大、溫度漂移大、抗干擾能力差等缺點，其輸出參數往往會隨時間和外界環境變化而產生波動，嚴重影響數據的采集精度和分辨率，相對誤差較大，嚴重時甚至會給出錯誤信號，導致參數檢測異常，系統無法正常工作。

目前存在一種光纖光柵測量技術，利用布拉格光柵，通過對光柵反射波長的變化實現對被測量應力應變的測量。如果將光纖光柵固定在應變體上，當外加應力通過結構體轉換成應變時，光纖光柵受應變體應力變化影響，反射波長發生漂移，利用寬頻帶入射光和相應的光纖光柵解調設備就可以采集波長變化數據，就有可能實現應力變化的相應線性測量。

光纖光柵的制造存在內部寫入法、相位掩膜法等方法，但受受工藝影響，其結構還不能在惡劣的高空系留環境下長期使用。同時光纖光柵在低溫環境下也會出現色散效應，使測量精度下降。

發明內容

本發明的目的是提高一種應力監測裝置，解決無法利用光纖光柵進行有效的應力變化實時監測的技術問題。

本發明的另一個目的是提供一種制造方法，解決浮空平臺系留纜繩的栓系應力監測裝置易受環境因素影響，無法準確測量的技術問題。

本發明的應力監測裝置，包括光纖光柵、光纖和應變體，其特征在于：在應變體的側壁上固定安裝有覆蓋側壁的保護殼體，保護殼體上開設有出纖孔，環繞出纖孔設置有保護擋板；在保護殼體和應變體側壁之間的布設空間內，光纖的第一端固定在應變體側壁上，沿應變體軸向，在應變體側壁上按一定纏距纏繞光纖并固定，沿光纖的軸向在光纖上設置光纖光柵，光纖的第二端通過出纖孔伸出保護殼體，與寬頻入射光源相連接，光纖光柵解調儀通過光耦合器連接光纖的第二端。

所述光纖光柵包括第一測量光纖光柵和第二測量光纖光柵，分別位于應變體軸線兩側對稱的位置。

所述光纖光柵還包括溫度補償光柵，溫度補償光柵，第一測量光纖光柵，第二測量光纖光柵形成串聯形式。

所述保護殼體上沿軸向開設有一個矩形通孔，保護擋板采用彈性材料緊密嵌入矩形通孔，在保護擋板上開設出纖孔。

所述應變體采用軸線上開設有通孔的圓柱體，其外形尺寸為（φ60mm±1mm）×（120mm±1mm）、重量不大于2kg，通孔尺寸為φ20mm±1mm。

本發明的應力監測裝置，解決常規電傳感器易受電磁干擾、溫漂大、環境適應性差的缺點。基于光纖傳感技術，可以實現大量程應力測量，其最大應力可達200kN，滿足大型浮空平臺的載荷應力監測要求，同時具有抗電磁干擾、溫度和零點漂移小、環境適應性強的特點，通過采用光纖進行應力傳感，其抗電磁干擾能力大大增強，可以滿足GJB151A-97的要求，不受電磁干擾的影響，同時其環境適應性也大大增強，在平臺機載振動、沖擊、氣壓等綜合環境下均能準確的進行參數的監測。

創新無源化結構形式，使產品具有抗電干擾性能，能夠在強電磁干擾環境下進行數據的獲取，完全解決了現有電傳感器的易受電磁干擾的難題。

采用無膠化封裝，創新的使用光纖光柵金屬化工藝結合釬焊嵌入結構體的方式，解決了有膠粘貼工藝帶來的易斷裂、脫落等問題。

采用特殊封裝工藝，創新的使用預拉工藝解決低溫環境下光纖光柵傳感器易產生啁啾的現象。

采用高精度應力測量技術，創新的使用串聯溫補光柵和雙光柵均值法，解決了傳感器的溫度對應力測量的影響，減小了偏心載荷對測量精度的影響。

本發明利用光纖光柵對系留纜繩及組件所受的應力進行測量，當平臺在高空隨氣流波動而造成系留纜繩及組件所受應力的變化，通過對其應力的變化可以獲得平臺工作的安全系數，當應力超出系留纜繩及組件的承受能力會及時報警，從而確保浮空平臺的安全可靠。