[發(fā)明專利]一種光纖傳感銷軸裝置和銷軸裝置應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910021114.7
• 申請(qǐng)日: 2019-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN109612402A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛思憶;潘建軍;孫曉勇;楊碩;馬婧雯;劉振華;薛家兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司;武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16;G01L1/24;F16B19/02
• 代理公司: 北京知聯(lián)天下知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍

本發(fā)明提供了一種光纖傳感銷軸裝置和銷軸裝置應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)方法，所述銷軸裝置包括：3個(gè)凸臺(tái)，2條直線槽、2條光纖光柵和1條曲線槽，銷軸與工裝間通過(guò)凸臺(tái)接觸，其接觸點(diǎn)在一條直線上，沿該直線開槽，將光纖光柵敷設(shè)并固化于線槽中，2條直線槽之間通過(guò)1條曲線槽相連接；所述方法包括：利用光纖光柵作為敏感元件，將其敷設(shè)于銷軸裝置中，將銷軸裝置應(yīng)力和應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵波長(zhǎng)的移動(dòng)；波長(zhǎng)變化利用光纖光柵解調(diào)儀表查詢檢測(cè)。本發(fā)明保證了裝置受力的一致性，增加了裝置靈敏度，且能實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能；同時(shí)，本發(fā)明所述檢測(cè)方法的抗干擾性能好，測(cè)量穩(wěn)定性高，精度高，并且無(wú)零點(diǎn)漂移問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖傳感銷軸裝置和銷軸裝置應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

銷軸是一類標(biāo)準(zhǔn)化的緊固件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接，是機(jī)械結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件和重點(diǎn)零件。將銷軸零件進(jìn)行智能化改造，制作成為銷軸傳感器，使其兼具連接和感知功能，對(duì)其所受載荷的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，及時(shí)掌握其工作狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)銷軸的過(guò)載保護(hù)，同時(shí)也可為機(jī)械裝置、機(jī)械設(shè)備的安全檢測(cè)和安全管理服務(wù)。

傳統(tǒng)的銷軸傳感器主要采用的是電類傳感檢測(cè)技術(shù)，將電阻應(yīng)變片植入銷軸中，從而感知銷軸所受載荷。傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片式銷軸傳感器在工程應(yīng)用中得到了廣泛使用，并產(chǎn)生了十分積極的作用，然而因?yàn)殡婎悅鞲性怯性雌骷莱狈罎衲芰Α⒖闺姶鸥蓴_能力、長(zhǎng)期穩(wěn)定性能在惡劣的監(jiān)測(cè)條件下均表現(xiàn)較差，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間用在復(fù)雜監(jiān)測(cè)環(huán)境下時(shí)，容易發(fā)生零點(diǎn)漂移等故障，影響了監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)銷軸抗干擾能力差、精度低、容易發(fā)生零點(diǎn)漂移等缺陷，本發(fā)明提供了一種光纖傳感銷軸裝置和銷軸裝置應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)方法。

一種光纖傳感銷軸裝置，所述銷軸裝置包括：第一凸臺(tái)、第二凸臺(tái)、第三凸臺(tái)、第一光纖光柵、第二光纖光柵、第一直線槽、曲線槽和第二直線槽，其中，

所述第一凸臺(tái)、第二凸臺(tái)和第三凸臺(tái)，用于銷軸和工裝間接觸；

所述第一直線槽和第二直線槽為沿第一凸臺(tái)、第二凸臺(tái)、第三凸臺(tái)和工裝間兩側(cè)接觸點(diǎn)所在直線開槽形成，用于敷設(shè)并固化光纖光柵；

所述第一光纖光柵和第二光纖光柵，用于將銷軸裝置應(yīng)力和應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵波長(zhǎng)的偏移。

進(jìn)一步地，所述曲線槽用于連接第一直線槽和第二直線槽，并在其中敷設(shè)傳輸光纖。

進(jìn)一步地，所述第一直線槽和第二直線槽關(guān)于銷軸中心呈軸對(duì)稱分布，分別敷設(shè)第一光纖光柵和第二光纖光柵。

進(jìn)一步地，所述銷軸裝置中光纖光柵的尾纖匯集于銷軸的一端。

一種光纖傳感銷軸裝置應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)方法，所述方法包括：

利用敷設(shè)于銷軸裝置中光纖光柵作為敏感元件，將銷軸裝置應(yīng)力和應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵波長(zhǎng)的偏移；

通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)光纖光柵波長(zhǎng)偏移量，根據(jù)波長(zhǎng)偏移量與銷軸應(yīng)變量之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)銷軸裝置應(yīng)力和應(yīng)變的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

進(jìn)一步地，所述銷軸裝置在2個(gè)對(duì)稱的光纖光柵固化點(diǎn)所受應(yīng)力σ₁和σ₁的計(jì)算方式為：

式中，M為簡(jiǎn)支梁彎矩，W_z為抗彎截面系數(shù)，F(xiàn)為載荷，L為兩支點(diǎn)間的距離，d為銷軸直徑。

進(jìn)一步地，所述銷軸裝置在2個(gè)對(duì)稱的光纖光柵固化點(diǎn)所受應(yīng)變量ε₁和ε₂的計(jì)算方式為：

式中，F(xiàn)為載荷，L為兩支點(diǎn)間的距離，E為銷軸材料的彈性模量，d為銷軸直徑。