[實用新型]一種基于光纖光柵的柔性形變傳感器

有效

• 申請號: 201721192392.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN207197456U
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 黃金國
• 申請（專利權）人: 黃金國
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙)11419
• 代理人: 王玉松,懷春穎

技術領域

本實用新型屬于傳感器領域，具體涉及一種基于光纖光柵的柔性形變傳感器。

背景技術

光纖傳感技術是在上世紀七十年代伴隨著光纖通信的蓬勃發展而提出來的，它與光時域反射技術密切結合而迅速崛起，經過幾十年的發展已經廣泛應用于多個領域。與傳統的傳感器相比，光纖傳感器具有輕質，耐腐蝕，耐高溫等一系列優點，因此在惡劣及復雜環境中頗具用途。

形變傳感技術是近些年才被人們重視，現在主要有電子類的和光纖類的，電子類的形變傳感器體積大、價格貴、監測距離短，而光纖類的形變傳感器通常是纖細的一根光纜、監測距離長、相對價格便宜。該類傳感器主要是用于山體滑坡監測、機器人運動監測、飛機蒙皮形變監測、大壩橋梁形變監測等各個行業。光纖類形變傳感器主要特點是可以實現分布式的實時在線形變監測、易與被監測物體集成等，由于光纖形變傳感器的應用環境比較惡劣，所以其在使用過程中需要裝配有鎧裝護套，現有技術常用的鎧裝護套為PE護套，其抗擠壓性能、抗干擾性能和抗拉性能低。

實用新型內容

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種基于光纖光柵的柔性形變傳感器，該基于光纖光柵的柔性形變傳感器具有很強的抗電磁干擾性能、抗拉性能和抗擠壓性能。

本實用新型具體技術方案如下：

本實用新型提供一種基于光纖光柵的柔性形變傳感器，該柔性形變傳感器包括圓柱形的結構件，結構件的外表面設有三個劃槽，三個劃槽在結構件的橫截面上呈120°均勻分布；每一劃槽內均固定有一光纖，每一光纖上設有光纖光柵，結構件的外表面套有一鎧裝護套，鎧裝護套包括內部中空且橫截面為圓形的殼體，殼體的側壁內部埋置有多個緩沖彈簧，緩沖彈簧的兩端分別與殼體的外側壁和內側壁相抵，殼體的外表面包覆有一層PE保護膜，殼體的內側壁設有一抗干擾層，抗干擾層的外側壁與殼體的內側壁之間留有空隙。

本實用新型所提供的基于光纖光柵的柔性形變傳感器，外表類似于光纜，可以盤曲，根據計算可以展示出基于光纖光柵的柔性形變傳感器的彎曲狀態，并實時顯示；通過對鎧裝護套的結構改進，在其外表面覆蓋一PE保護膜，提高了柔性形變傳感器的耐腐蝕性，并且通過在殼體內埋置緩沖彈簧并且將抗干擾層和殼體之間設置成空隙結構可以起到兩次緩存的效果，進而提高了柔性形變傳感器的抗干擾性和抗擠壓性能，降低光纖受到的外力沖擊；此外該基于光纖光柵的柔性形變傳感器輕質、耐腐蝕、耐高溫、防水防潮、抗電磁干擾、易集成、分布式監測等一系列優點，因此在惡劣及復雜環境中頗具用途。

該基于光纖光柵的柔性形變傳感器的工作原理為：結構件感受外界形變力，并將形變力傳遞給光纖光柵，光纖光柵將受力大小轉換成波長變化量，通過波長變化量大小即可計算出不同方位的光纖光柵的彎曲情況，得到相應的被測物體形變變化，包括彎曲方向和撓度大小。

進一步的改進，空隙對應的殼體的內側壁和抗干擾層的外側壁上均設有多個第一凹槽，位于同一橫截面且位置對應的兩個第一凹槽之間設有一內部為空腔的彈力球，彈力球的最大橫截面直徑大于空隙的寬，彈力球對應兩個第一凹槽的位置設有一與空腔連通的小孔。

通過在空隙內加入具有通孔的彈力球可以起到第三次緩存的作用，進一步提高柔性形變傳感器的抗干擾性和抗擠壓性能。

進一步的改進，每一劃槽內均設有用于固定光纖的固定組件。

進一步的改進，固定組件包括設于劃槽一側壁的第一嵌槽和設于另一側壁的第二嵌槽，第一嵌槽和第二嵌槽的位置相對應，第一嵌槽和第二嵌槽的形狀均與其對應殼體的外側壁形狀相適配，第一嵌槽的底部固定有兩個第一彈簧，兩個第一彈簧的自由端固定有一固定板，固定板可深入到第一嵌槽內，固定板遠離第一彈簧的一側邊的上表面設有兩個第二凹槽，每一個第二凹槽內均連接有第二彈簧，每一第二彈簧的自由端連接有一卡扣，殼體外表面相對于第二嵌槽的位置處設有與第二嵌槽連通的兩個卡槽，卡扣可卡接在卡槽內。

本實用新型在劃槽設置了固定組件，可以提高對光纖的固定作用。

進一步的改進，結構件為彈性形變范圍較大的材料，如鈹青銅、磷青銅、彈簧鋼、纖維增強復合材料-FRP等，加工而成。

根據本實用新型的一個方面，該柔性形變傳感器的使用需配合三維立體展示軟件，實時展示傳感器形狀，預測被測物體表面形變趨勢。

根據本實用新型的一個方面，該柔性形變傳感器的特殊使用用途是測量環境極其惡劣的狹窄或危險空間內的形貌。