[實用新型]一種基于伸縮桿結(jié)構(gòu)的光纖光柵多級稱重傳感器

有效

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• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN206618472U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙勇;何文正;湯永超
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學
• 主分類號: G01G3/12
• 分類號: G01G3/12;G01G19/04;G01G19/02;G01G23/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高速公路及鐵路等稱重領(lǐng)域。涉及一種基于伸縮桿結(jié)構(gòu)的光纖光柵多級稱重傳感器。

背景技術(shù)

目前，高速公路上國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的計重設(shè)備按照傳感原理可分為：稱臺式、彎板式、石英式、薄板式計重設(shè)備。這些計重設(shè)備存在著諸多不足之處，如稱臺式安裝及后期維護復雜、受環(huán)境影響大、易受電磁干擾；石英式計重設(shè)備在車輛低速行駛時的測量誤差較大；彎板式計重設(shè)備溫度漂移大，受氣候、季節(jié)影響明顯，冬夏更替時需對系統(tǒng)進行標定等。且這些計重設(shè)備基本都依賴于傳統(tǒng)的電學量測量方法，所測數(shù)據(jù)受電磁干擾影響較大。

光纖光柵傳感器以其體積小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強、靈敏度高等優(yōu)點成為高速公路計重領(lǐng)域的研究熱點。在眾多光纖光柵解調(diào)方案中，光強解調(diào)以其光路簡單、傳感器易于鋪設(shè),輸出信號易于檢測等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于實際檢測中。但常用的光強解調(diào)方案受光纖光柵反射光譜帶寬較小，導致其測量范圍較小。傳統(tǒng)方法為擴大測量范圍而將懸臂梁的厚度設(shè)計的較大，這種方法實際上降低了傳感器的分辨力，不適合實際使用。

Falciai R和Trono C采用一種彎梁結(jié)構(gòu)，在其上下表面粘貼光纖光柵，實現(xiàn)溫度補償?shù)拇髴?yīng)變測量，該大應(yīng)變基于兩點之間距離的變化。微動可調(diào)平移臺的位移達到14mm(基長190mm)，8mm(基長150mm)，相當于7％和5％的應(yīng)變。但是這種彎梁結(jié)構(gòu)光柵工作范圍過大，不利于解調(diào)，也不利于復用，該裝置不易實用化。

實用新型內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有光纖光柵稱重系統(tǒng)測量范圍小或測量分辨力不足的問題，本實用新型提出了一種基于伸縮桿結(jié)構(gòu)的光纖光柵多級稱重傳感器。該傳感器設(shè)計為多級結(jié)構(gòu)，目前設(shè)計為四級，各級懸臂梁分別以一定高度差設(shè)置箱體四壁，隨載荷質(zhì)量增大，四級懸臂梁分別工作，實現(xiàn)對大載荷的多級測量，可擴大測量范圍，并保證傳感器的分辨力。在各級懸臂梁下方設(shè)置限位桿，避免各級懸臂梁過載。

為達到上述目的，本實用新型提出一種基于伸縮桿結(jié)構(gòu)的光纖光柵多級稱重傳感器，該傳感器包括：光源、光分路器、光功率計、雙光纖光柵強度解調(diào)光路和多級傳感箱體結(jié)構(gòu)，所述光源經(jīng)過光分路器，分別送給雙光纖光柵強度解調(diào)光路，輸出信號為光強，通過光功率計顯示讀數(shù)；多級傳感箱體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括頂部稱重板、懸臂梁、懸臂梁位置調(diào)節(jié)孔、限位桿、懸臂梁緊固件、支撐彈簧和伸縮桿；頂部稱重板上部承受載荷，頂部稱重板下部邊緣通過支撐彈簧固定設(shè)置于多級傳感箱體結(jié)構(gòu)頂部；懸臂梁為一級以上，每一級懸臂梁分別通過懸臂梁緊固件固定于多級傳感箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)有懸臂梁位置調(diào)節(jié)孔的不同壁面上，開設(shè)懸臂梁位置調(diào)節(jié)孔便于傳感器調(diào)試；各級懸臂梁之間的高度差為3.0mm～3.4mm，在該范圍內(nèi)，所述傳感器輸出光強相對變化量擬合曲線線性度較高。頂部稱重板下部設(shè)有伸縮桿，伸縮桿與懸臂梁一一對應(yīng)，并通過伸縮作用于懸臂梁；多級傳感箱體結(jié)構(gòu)底部設(shè)有限位桿，限位桿與懸臂梁一一對應(yīng)，懸臂梁與所對應(yīng)限位桿之間的高度差大于與之相鄰級懸臂梁之間的高度差，同時小于該懸臂梁的撓度極限，用于防止懸臂梁過載；

所述雙光纖光柵強度解調(diào)光路為采用雙光纖光柵強度解調(diào)方式，每級懸臂梁上、下表面各粘貼一光纖光柵，上、下光纖光柵利用耦合器串聯(lián)連接，上光纖光柵輸出反射光作為下光纖光柵光源，輸出信號為光強度信號。施加載荷后，懸臂梁受力形變，上光纖光柵被拉伸，下光纖光柵被擠壓，二者反射功率譜分別向相反方向移動，進入光功率計光強信號發(fā)生變化從而進行解調(diào)。

上述方案中，伸縮桿包括復位彈簧固定磁鐵，復位彈簧，外桿，限位彈簧，內(nèi)桿，套筒，凹槽，限位小球，導軌，外桿內(nèi)部設(shè)置復位彈簧固定磁鐵，并用粘合固定，復位彈簧固定磁鐵中間開有圓形凹槽，復位彈簧固定端至于凹槽內(nèi)部，與復位彈簧固定磁鐵吸合并粘合固定；限位彈簧與內(nèi)桿膠粘連接，外桿內(nèi)壁開有導軌及凹槽，內(nèi)桿置于外桿內(nèi)，限位小球位于凹槽內(nèi)，套筒位于外桿末端。該桿具有伸縮功能，當只有懸臂梁作用于伸縮桿時，伸縮桿受力較小，限位小球卡在凹槽中，內(nèi)外桿相對位置鎖定，當懸臂梁形變接觸到限位桿處時，伸縮桿受力較大，限位小球從限位孔中彈出，進入導軌，伸縮桿自動收縮。

上述方案中，多級傳感箱體結(jié)構(gòu)的密封方式為膠封方式。

進一步地，所述的懸臂梁為等強度梁，懸臂梁級數(shù)為四級，分別安裝于箱體四壁。

進一步地，所述懸臂梁緊固件開有通孔及保護墊圈，便于光纖光柵放置和保護。

本實用新型的有益效果為：