[發明專利]一種拱式光纖光柵壓力傳感器

在審

• 申請號: 201710477547.4
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107421666A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 孫麗;胡曉敏;張春巍;孫立曄
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L19/04
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 俞魯江

技術領域

本發明基于光纖光柵傳感技術，涉及一種壓力傳感器的結構，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

壓力是工程運營狀態監測和安全評估的重要參數，用于測量壓力的傳感器成為工程中常用的傳感器之一。光纖光柵傳感技術利用波長調制編碼傳感信號，無需參考點，通過光的波長變化實現對被測物理量的測量，且測量結果不受光的強度、連接損耗等因素影響。目前，光纖光柵以其質量輕、抗電磁干擾、抗腐蝕、傳輸損耗小等優良的性能被應用于工程中。因此，本發明采用光纖光柵傳感技術，利用其優良的性能開發一種拱式光纖光柵壓力傳感器實現壓力準確測量和實時監測。

發明內容

本發明的目的在于利用光纖光柵的優良特性，基于拱梁組合結構自平衡體系原理，提供一種結構簡單、靈敏度高、耐久性好的拱式光纖光柵壓力傳感器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：

一種拱式光纖光柵壓力傳感器，包括：金屬剛性蓋板、傳力桿、鉸鏈、插銷、傳力板、金屬彈性元件、輥軸、用于測量壓力的光纖光柵、用于溫度補償的光纖光柵、金屬板與金屬彈性元件材質相同、金屬外保護殼、預留孔洞；

金屬外保護殼為U形槽，U形槽開口處設有金屬剛性蓋板，U形槽內底部設有金屬板，在U形槽的側壁上開設有預留孔洞；金屬剛性蓋板受到豎向荷載，通過傳力桿將豎向荷載傳遞給鉸鏈，鉸鏈通過剛性傳力板將豎向荷載通過插銷轉化為水平推力，水平推力作用剛性傳力板使推動輥軸向外滾動，金屬彈性元件兩端與輥軸軸接，承受水平方向拉力，用于測量壓力的光纖光柵與金屬彈性元件產生協同應變，引起波長變化，粘貼在金屬板上用于溫度補償的光纖光柵對測量壓力的光纖光柵進行溫度實時補償，從而實現壓力的精確測量。

鉸鏈的水平頂部留有圓形凹槽，使得傳力桿緊扣在內，實現壓力的傳遞。

鉸鏈與傳力板通過插銷連接，傳力板與金屬彈性元件通過插銷連接成鉸接形式，形成拱梁組合結構。

測量壓力的光纖光柵沿縱向粘貼于彈性元件下端的中心部位，用于溫度補償的光纖光柵以同樣方式粘貼于金屬板上端，對測量壓力的光纖光柵進行溫度實時補償。

輥軸通過插銷與傳力板和金屬彈性元件連接，水平推力作用下輥軸向外滾動，實現彈性元件水平方向拉伸。

本發明的優點是：

1、本發明中金屬彈性元件與傳力板之間通過插銷連接，形成拱梁組合結構，基于拱梁組結構的自平衡體系原理，拱的水平推力將由彈性元件承受，此時，彈性元件受拉使得粘貼在彈性元件中央的壓力測量光纖光柵產生應變，應變使光纖光柵產生波長變化。滿足一定測量范圍內，達到結構簡單、靈敏度高、耐久性好、同時具有高精度及線性度的拱式光纖光柵壓力傳感器。

2、本發明中通過插銷將輥軸、彈性元件兩端和傳力板的兩端連接在一起，傳力板將豎向荷載轉化為水平推力推動輥軸向外微小滾動，避免金屬彈性元件與金屬外保護殼底板產生較大摩擦而導致較大的測量誤差，從而提高測量的準確性。

3、本發明中由于光纖光柵的溫度和應變的交叉敏感特性，用于測量壓力的光纖光柵在產生應變的同時受溫度變化影響較大，本發明針對這一問題將測量壓力的光纖光柵沿縱向粘貼于彈性元件下端的中心部位，用于溫度補償的光纖光柵采用相同的方式粘貼在與金屬彈性元件同種材料的金屬板上，在長期的壓力監測中實現溫度實時補償，降低壓力測量誤差，提高測量的準確性。

附圖說明

圖1是本發明的正視圖。

圖2是本發明的俯視圖。

圖3是本發明的三維結構剖視圖。

圖4是本發明的拱梁組合結構三維圖。

附圖標記：金屬剛性蓋板1、傳力桿2、鉸鏈3、插銷4、傳力板5、金屬彈性元件6、輥軸7、用于壓力測量的光纖光柵8、用于溫度補償的光纖光柵9、金屬板10、金屬外保護殼11、預留孔洞12。

具體實施方式

下面結合附圖1-4和實施例對本發明進一步說明。

一種拱式光纖光柵壓力傳感器，包括：金屬剛性蓋板1、傳力桿2、鉸鏈3、插銷4、傳力板5、金屬彈性元件6、輥軸7、用于測量壓力的光纖光柵8、用于溫度補償的光纖光柵9、金屬板10與金屬彈性元件材質相同、金屬外保護殼11、預留孔洞12；