[發明專利]一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計及測力方法

在審

• 申請號: 201811110152.1
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN110940442A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 馬信武;馬龍彪;王輝偉;趙永志;王勇;李志洪
• 申請（專利權）人: 國家電網有限公司;國網新源控股有限公司;吉林敦化抽水蓄能有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L25/00
• 代理公司: 通化旺維專利商標事務所有限公司 22205
• 代理人: 王偉

1.一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計，其特征在于，包括光纖（1）、彈性薄片（3）、彈性薄片夾具（4）、和受力變形體（5）、非本征法布里珀羅干涉（EFPI）光纖傳感器和FBG光纖溫度傳感器；

所述受力變形體（5）成有密封的容納腔，內部有夾具和彈性薄片以及光纖；

所述夾具（4）固定在所述外殼上并分別夾持住所述彈性薄片（3）兩端；

所述彈性薄片（3）沿著所述外殼的軸向設置在所述容納腔內，對著光纖（1）端面的一面為反光面，并且所述外殼伸縮時能夠使所述彈性薄片（3）受所述外殼軸向的擠壓力而發生壓桿失穩導致的彈性形變，從而使彈性薄片中點處的撓度發生變化；

所述光纖（1）被保護套（2）保護，且從所述外殼（5）上伸入外殼內并對準所述彈性薄片（3）反光面的中間位置；

所述EFPI光纖傳感器和FBG光纖溫度傳感器, 均設置在所述光纖（1）位于所述容納腔部分的端部。

2.根據權利要求1所述的一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計，其特征在于，所述夾具（4）與所述彈性薄片（3）兩端為鉸接或者剛性連接。

3.根據權利要求1所述的一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計，其特征在于，

利用受力變形體（5）受力后導致受力變形體頂部和底部之間的距離發生變化，也就是彈性薄片（3）沿著軸線方向有一定的拉伸或壓縮量，由于彈性薄片（3）已經失穩，因此，這個壓縮量會導致彈性薄片（3）的中點發生很大的撓度變化，撓度變化量一般為軸向拉伸或壓縮量的6倍以上；從而改變了彈性薄片（3）中點到光纖（1）斷面的距離，即改變了EFPI傳感器的腔長，通過腔長的改變量與力的大小之間的關系進行標定，即可做成測力計。

4.根據權利要求3所述的一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計，其特征在于，受力變形體（5）是密封連接的；光纖（1）通過保護套（2）和受力變形體（5）確保光纖插入受力變形體（5）的地方不會進水汽和雜質等影響光譜的干擾因素。

5.一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計測力方法，其特征在于，

包括以下步驟:

對受力桿（6）上施加待檢測的力的大小，使得受力變形體（5）發生變形，從而導致彈性薄片（3）沿著軸線方向發生壓縮，從而導致彈性薄片（3）的中心點的撓度發生變化；

通過EFPI光纖傳感器測量彈性薄片中間位置的撓度，使用FBG光纖溫度傳感器測量溫度；

根據撓度、受力變形體的剛度和相應的溫度補償得到待檢測的實際力的大小。

6.根據權利要求5所述的一種基于法布里-珀羅原理的高靈敏度測力計測力方法，其特征在于，彈性薄片（3）受到軸向壓力的載荷的計算方法為，其中抗彎剛度為EI=Ewt³/12，P_cr為軸向載荷，所述彈性薄片（3）的長度為l，寬度為w，厚度為t，彈性模量為E，μ與邊界條件有關，兩端鉸接，μ=1，兩端剛接，μ=0.5。