專利名稱：差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，屬于光電子測量技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
皮帶秤是皮帶輸送機輸送固體散狀物料過程中對物料進行連續(xù)稱量的一種計量設備，懸浮型皮帶秤已廣泛應用于電力、煤炭、冶金、礦山、港口、化工、建材等行業(yè)的物料計量。由于懸浮型皮帶秤的換能元件大多采用電阻應變片，測量精度受到電磁干擾的影響(方原柏，《電子皮帶秤》，北京冶金工業(yè)出版社，2007年)。 光纖Bragg光柵監(jiān)測到的信息通過光信號傳播，具有抗電磁干擾能力(EMI)和在易燃易爆場合的本征安全性，因此采用光纖Bragg光柵作為懸浮型皮帶秤中稱重傳感器的換能元件，可克服電磁干擾，適用于易燃易爆等工業(yè)環(huán)境。但是，迄今為止在市場實際使用的皮帶秤裝置中，或者在專利文獻中還未發(fā)現(xiàn)將光纖Bragg光柵與皮帶秤結(jié)合的相應技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，實現(xiàn)了皮帶秤的實時精確稱重，可對溫度和壓力的同時測量，抗電磁干擾能力強。 實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的所采取的技術(shù)方案是動態(tài)梁與稱重托輥的固定底座連成一體，等強度懸臂梁的受力端與動態(tài)梁固定相連，等強度懸臂梁的固定端固定在靜態(tài)梁上，沿等強度懸臂梁的上、下表面各粘貼一支光纖Bragg光柵，光纖Bragg光柵用信號線與信號處理裝置連接。 所述的等強度懸臂梁的上、下表面粘貼的光纖Bragg光柵位于中心線位置，等強度懸臂梁兩端采用螺絲連接來分別與靜態(tài)梁和動態(tài)梁固定。 輸送物料時物料對皮帶的壓力通過稱重托輥傳遞給動態(tài)梁，動態(tài)梁又將力傳遞給等強度懸臂梁，等強度懸臂梁產(chǎn)生撓度(形變量)變化，從而引起光纖Bragg光柵波長位移變化。 本發(fā)明在等強度懸臂梁上、下兩面都粘貼光纖Bragg光柵，溫度變化引起兩支光纖Bragg光柵的位移變化是相同的，而應力引起兩光纖Bragg光柵的位移變化是大小相同方向相反的，從而采用差動溫度補償方法來解決了光纖Bragg光柵在應變測量時由于短時間內(nèi)的溫度變化引起的應變、溫度交叉敏感問題。 差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤測量物料質(zhì)量的原理是物料輸送時物
料對皮帶的壓力通過稱重托輥傳遞給動態(tài)梁，動態(tài)梁再將壓力傳遞給等強度懸臂梁，根據(jù)力傳遞可知，物料輸送時物料質(zhì)量M與等強度懸臂梁自由端所受力F的關(guān)系為
F = Mg (1)[OO11] 其中g(shù)為重力加速度。
皮帶秤載荷引起等強度懸臂梁5自由端移位，光纖Bragg光柵4隨等強度懸臂梁5形變，若測量過程中溫度變化了 AT，則載荷和溫度引起的光纖Bragg光柵4的波長移位量△"為 A AB = (SE A e+STAT) AB (2) 其中SE為應變敏感系數(shù)；ST為溫度敏感系數(shù)；A e為等強度懸臂梁自由端移位；△ T為溫度變化量；A B為中心波長。 將等強度懸臂梁上、下表面粘貼的兩光纖Bragg光柵的波長移位相減，消除環(huán)境溫度的影響 A :VB1,2 = A入b「 A入b2 = 2SE A e入b (3) 其中A Aeu為等強度懸臂梁上、下表面粘貼的兩光纖Bragg光柵的波長移位差
值；A A B1和A A B2分別為等強度懸臂梁上、下表面粘貼的兩光纖Bragg光柵的波長移位。 等強度懸臂梁自由端移位A e與等強度懸臂梁自由端所受應力F的關(guān)系為
A 6.F.丄 (4)
Ag= 「 l " 其中L、h分別為等強度懸臂梁的長度和厚度；E為等強度懸臂梁材料的楊氏模量；b。為等強度懸臂梁固定端的寬度。 將式(4)代入式(3)，則光纖Bragg光柵的Bragg波長移位與等強度懸臂梁自由端所受應力F的關(guān)系為
A義,
1,2
風V 將式(1)代入式(5)，則光纖Bragg光〗M的關(guān)系為
(5) 式(6)表明了物料輸送時物料質(zhì)量M與光纖Bragg光柵波長移位之間的數(shù)學模型，通過測量光纖Bragg光柵波長移位就可以計算出物料輸送時物料的質(zhì)量。
本發(fā)明的有益效果是 1.實現(xiàn)了皮帶秤的實時稱重本發(fā)明將等強度懸臂梁的固定端和自由端分別固
定在靜態(tài)梁和動態(tài)梁上，光纖Bragg光柵粘貼在等強度懸臂梁上，通過把等強度懸臂梁的
撓度轉(zhuǎn)換成對光纖Bragg光柵的中心波長移位的測量來實現(xiàn)皮帶秤的實時稱重。 2.利用粘貼于等強度懸臂梁上、下表面的傳感光柵對溫度和壓力響應的差異性，
可實現(xiàn)對溫度和壓力的同時測量。 3.抗干擾能力強由于光纖Bragg光柵是電絕緣材料，因此具有抗電磁干擾能力(EMI)，光纖Bragg光柵傳感器適用于電磁干擾情況下的皮帶秤稱重。


圖1為本發(fā)明的拆除皮帶的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)視示意圖。 圖中各標號依次表示靜態(tài)梁1，稱重托輥2，螺絲3，光纖Bragg光柵4，等強度懸臂梁5，動態(tài)梁6，平行板簧7，皮帶輸送機縱梁8，信號處理裝置9。
具體實施例方式
本實施例基于德國申克公司的BEP型皮帶秤，并采用不銹鋼材料制成的等強度懸臂梁。動態(tài)梁6與稱重托輥2的固定底座連成一體，等強度懸臂梁5的受力端與動態(tài)梁6用螺絲3固定，等強度懸臂梁5的固定端用螺絲3固定在靜態(tài)梁1上，沿等強度懸臂梁的上、下表面中心線位置各粘貼一支光纖Bragg光柵4，光纖Bragg光柵4用信號線與信號處理裝置9連接。 1、等強度懸臂梁，尺寸參數(shù)為L = 250mm， h = 5mm， b。 = 200mm ; 2、等強度懸臂梁，材料參數(shù)為45#鋼的Young' s模量為E = 200GPa ; 3、光纖Bragg光柵的技術(shù)參數(shù)為中心波長"=1550. OOOnm，應變敏感系數(shù)SE
=0. 78 ; 4、重力加速度為g = 9. 8N/Kg ;
5、按附圖2配置實驗； 6、用光纖光柵分析儀獲取光纖Bragg光柵的Bragg波長； 7、根據(jù)式(6)，光纖Bragg光柵的Bragg波長移位對物料輸送時物料質(zhì)量M的響應靈敏度為 (7)M 風/z 將已知量代入式(7)，理論計算表明，該皮帶秤中的光纖Bragg光柵稱重傳感器的靈敏度為35. 54pm/Kg。因此，當光纖Bragg光柵解調(diào)儀的波長分辨率為lpm時，該傳感器的分辨率為O. 028Kg。對比分析結(jié)果表明，該種差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤具有高測量分辨率，測量誤差小，重復性好等優(yōu)點。
權(quán)利要求
一種差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，其特征是動態(tài)梁與稱重托輥的固定底座連成一體，等強度懸臂梁的受力端與動態(tài)梁固定相連，等強度懸臂梁的固定端固定在靜態(tài)梁上，沿等強度懸臂梁的上、下表面各粘貼一支光纖Bragg光柵，光纖Bragg光柵用信號線與信號處理裝置連接。
2. 按權(quán)利要求1所述的差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，其特征是等強度懸臂梁的上、下表面粘貼的光纖Bragg光柵位于中心線位置，等強度懸臂梁兩端采用螺絲連接來分別與靜態(tài)梁和動態(tài)梁固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種差動應變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，屬于光電子測量技術(shù)領域。本裝置的動態(tài)梁與稱重托輥的固定底座連成一體，等強度懸臂梁的受力端與動態(tài)梁固定相連，等強度懸臂梁的固定端固定在靜態(tài)梁上，沿等強度懸臂梁的上、下表面各粘貼一支光纖Bragg光柵，光纖Bragg光柵用信號線與信號處理裝置連接。本發(fā)明實現(xiàn)了皮帶秤的實時精準稱重，可對溫度和壓力的同時測量，抗電磁干擾能力強。
文檔編號G01G11/00GK101776473SQ20101010215
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者李川, 楊莉 申請人:昆明理工大學