[發明專利]一種光纖傳感銷軸裝置和銷軸裝置應力應變檢測方法

在審

• 申請號: 201910021114.7
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109612402A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 薛思憶;潘建軍;孫曉勇;楊碩;馬婧雯;劉振華;薛家兵
• 申請（專利權）人: 北京全路通信信號研究設計院集團有限公司;武漢理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01L1/24;F16B19/02
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍

1.一種光纖傳感銷軸裝置，所述銷軸裝置包括：第一凸臺(1)、第二凸臺(2)、第三凸臺(3)、第一光纖光柵(4)、第二光纖光柵(5)、第一直線槽(6)、曲線槽(7)和第二直線槽(8)，其中，

所述第一凸臺(1)、第二凸臺(2)和第三凸臺(3)，用于銷軸和工裝間接觸；

所述第一直線槽(6)和第二直線槽(8)為沿第一凸臺(1)、第二凸臺(2)、第三凸臺(3)和工裝間兩側接觸點所在直線開槽形成，用于敷設并固化光纖光柵；

所述第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)，用于將銷軸裝置應力和應變的變化轉化為光纖光柵波長的偏移。

2.根據權利要求1所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述曲線槽(7)用于連接第一直線槽(6)和第二直線槽(8)，并在其中敷設傳輸光纖。

3.根據權利要求1所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述第一直線槽(6)和第二直線槽(8)關于銷軸中心呈軸對稱分布，分別敷設第一光纖光柵(4)和第二光纖光柵(5)。

4.根據權利要求1所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述銷軸裝置中光纖光柵的尾纖匯集于銷軸的一端。

5.一種光纖傳感銷軸裝置應力應變檢測方法，所述方法包括：

利用敷設于銷軸裝置中光纖光柵作為敏感元件，將銷軸裝置應力和應變的變化轉化為光纖光柵波長的偏移；

通過檢測裝置檢測光纖光柵波長偏移量，根據波長偏移量與銷軸應變量之間的映射關系，實現銷軸裝置應力和應變的實時檢測。

6.根據權利要求5所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述銷軸裝置在2個對稱的光纖光柵固化點所受應力σ₁和σ₁的計算方式為：

式中，M為簡支梁彎矩，W_z為抗彎截面系數，F為載荷，L為兩支點間的距離，d為銷軸直徑。

7.根據權利要求5所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述銷軸裝置在2個對稱的光纖光柵固化點所受應變量ε₁和ε₂的計算方式為：

式中，F為載荷，L為兩支點間的距離，E為銷軸材料的彈性模量，d為銷軸直徑。

8.根據權利要求5所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述光纖光柵波長的偏移量Δλ與溫度ΔT和應變Δε之間的關系為：

Δλ＝K_tΔT+K_εΔε

銷軸上的2個光柵的波長偏移量Δλ₁和Δλ₂，則有：

銷軸上的2個光柵可視作處于同一溫度場中，因此，ΔT₁＝ΔT₂，代入上式中則有：

Δλ₁-Δλ₂＝2K_εΔε₁

式中，K_t為溫度靈敏度系數，K_ε為應變靈敏度系數。

9.根據權利要求5、7和8任一所述的一種光纖傳感銷軸裝置，其特征在于，所述光纖光柵波長偏移量Δλ₁和Δλ₂與銷軸應變量ε₁之間的映射關系：

式中，F為載荷，L為兩支點間的距離，E為銷軸材料的彈性模量，d為銷軸直徑，K_ε為應變靈敏度系數。