[發(fā)明專利]一種光纖光柵傾角傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911093165.7
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110672067A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設計）人: 張華;胡賓鑫;宋廣東;朱峰;劉統(tǒng)玉;王紀強
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01C9/02
• 分類號: G01C9/02
• 代理公司: 11363 北京弘權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請公開一種光纖光柵傾角傳感器，包括傳感器基座、光纖光柵組、鉸鏈組、質(zhì)量塊和計算單元；所述傳感器基座固定在被測結(jié)構(gòu)上，所述光纖光柵組設置在傳感器基座上，所述傳感器基座與所述質(zhì)量塊通過鉸鏈組連接；光纖光柵組包括第一光纖光柵和第二光纖光柵，鉸鏈組包括第一鉸鏈和第二鉸鏈，所述第一鉸鏈對應于所述第一光纖光柵，所述第二鉸鏈對應于所述第二光纖光柵；當被測結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，所述質(zhì)量塊帶動所述第一鉸鏈和所述第二鉸鏈轉(zhuǎn)動，使光纖光柵組的受力發(fā)生變化，所述計算單元用于根據(jù)第一光纖光柵和第二光纖光柵的波長漂移量，解析所述被測結(jié)構(gòu)傾斜的角度。本申請?zhí)峁┑膫鞲衅骶哂休^高的靈敏度和測量精度，適用于惡劣環(huán)境中的傾角檢測。

技術(shù)領域

本申請涉及傳感器技術(shù)領域，尤其涉及一種光纖光柵傾角傳感器。

背景技術(shù)

隨著煤礦開采智能化程度越來越高，傾角測量已經(jīng)廣泛應用于煤礦生產(chǎn)的各個方面，比如測量采煤機機身的運行角度及搖臂擺角等。目前實現(xiàn)傾角測量的方式有：一種是通過加速度傳感器間接測量，大多數(shù)采用懸臂梁和金屬膜片結(jié)構(gòu)，封裝結(jié)構(gòu)復雜，導致測量范圍窄，尤其是中、高頻測量時靈敏度比較低；另一種是采用傾角傳感器，目前傾角傳感器一般基于電阻應變式、電介液式、電容式、電感式、電位器式等原理進行傾角測量，但這些傳統(tǒng)的傾角傳感器在電磁干擾大、易腐蝕等惡劣環(huán)境下使用時，測量誤差比較大。因此，如何提高傾角測量的靈敏度和精度，并利用在惡劣環(huán)境中應用是本領域亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┮环N光纖光柵傾角傳感器。

本申請?zhí)峁┮环N光纖光柵傾角傳感器，包括傳感器基座、光纖光柵組、鉸鏈組、質(zhì)量塊和計算單元；所述傳感器基座固定在被測結(jié)構(gòu)上，所述光纖光柵組設置在所述傳感器基座上，所述傳感器基座與所述質(zhì)量塊通過所述鉸鏈組連接；

所述光纖光柵組包括第一光纖光柵和第二光纖光柵，所述鉸鏈組包括第一鉸鏈和第二鉸鏈，所述第一鉸鏈與第一光纖光柵對應連接，所述第二鉸鏈與第二光纖光柵對應連接；

當所述被測結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜時，所述質(zhì)量塊帶動所述第一鉸鏈和所述第二鉸鏈轉(zhuǎn)動，使光纖光柵組的受力發(fā)生變化，所述計算單元用于根據(jù)第一光纖光柵和第二光纖光柵的波長漂移量，解析所述被測結(jié)構(gòu)傾斜的角度。

可選地，所述第一光纖光柵和所述第二光纖光柵對稱分布在所述質(zhì)量塊的中心線兩側(cè)，所述第一光纖光柵與所述第二光纖光柵相同。

可選地，所述第一鉸鏈的中心和所述第二鉸鏈的中心對稱分布在所述質(zhì)量塊的中心線兩側(cè)，所述第一鉸鏈與所述第二鉸鏈相同。

可選地，所述計算單元按照如下關系解析所述被測結(jié)構(gòu)傾斜的角度：

式中，Δλ₁為第一光纖光柵的波長漂移量，Δλ₂為第二光纖光柵的波長漂移量，m為所述質(zhì)量塊的質(zhì)量，單位為Kg，g＝9.8N/Kg，d為所述質(zhì)量塊的質(zhì)心與所述第一鉸鏈的中心之間的距離，K為第一鉸鏈或第二鉸鏈的轉(zhuǎn)動剛度，θ為所述被測結(jié)構(gòu)傾斜的角度，k為第一光纖光柵或第二光纖光柵的彈性系數(shù)，a₁為第一光纖光柵與第二光纖光柵之間的距離。

可選地，第一鉸鏈或第二鉸鏈的轉(zhuǎn)動剛度K為：

式中，E為第一鉸鏈或第二鉸鏈的彈性模量，i為所述光纖光柵傾角傳感器的整體厚度，R為第一鉸鏈或第二鉸鏈的半徑，s＝R/i。

可選地，所述第一鉸鏈和所述第二鉸鏈采用柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)。