專利名稱：差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，屬于光電子測(cè)量 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
皮帶秤是皮帶輸送機(jī)輸送固體散狀物料過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)稱量的一種計(jì)量 設(shè)備，懸浮型皮帶秤已廣泛應(yīng)用于電力、煤炭、冶金、礦山、港口、化工、建材等行業(yè)的物料 計(jì)量。由于懸浮型皮帶秤的換能元件大多采用電阻應(yīng)變片，測(cè)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(cè)到的信息通過(guò)光信號(hào)傳播，具有抗電磁干擾能力(EMI)和在 易燃易爆場(chǎng)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(chǎng)實(shí)際使用 的皮帶秤裝置中，或者在專利文獻(xiàn)中還未發(fā)現(xiàn)將光纖Bragg光柵與皮帶秤結(jié)合的相應(yīng)技 術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，實(shí)現(xiàn)了 皮帶秤的實(shí)時(shí)精確稱重，可對(duì)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)量，抗電磁干擾能力強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的所采取的技術(shù)方案是動(dòng)態(tài)梁與稱重托輥的固定底座 連成一體，等強(qiáng)度懸臂梁的受力端與動(dòng)態(tài)梁固定相連，等強(qiáng)度懸臂梁的固定端固定在靜態(tài) 梁上，沿等強(qiáng)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(hào)線 與信號(hào)處理裝置連接。所述的等強(qiáng)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(qiáng) 度懸臂梁兩端采用螺絲連接來(lái)分別與靜態(tài)梁和動(dòng)態(tài)梁固定。輸送物料時(shí)物料對(duì)皮帶的壓力通過(guò)稱重托輥傳遞給動(dòng)態(tài)梁，動(dòng)態(tài)梁又將力傳遞給 等強(qiáng)度懸臂梁，等強(qiáng)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(zhǎng)位移變化。本實(shí)用新型在等強(qiáng)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(yīng)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(dòng)溫度補(bǔ)償方法來(lái)解決了光纖Bragg光柵在應(yīng)變測(cè)量時(shí)由于 短時(shí)間內(nèi)的溫度變化引起的應(yīng)變、溫度交叉敏感問(wèn)題。差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤測(cè)量物料質(zhì)量的原理是物料輸送時(shí)物 料對(duì)皮帶的壓力通過(guò)稱重托輥傳遞給動(dòng)態(tài)梁，動(dòng)態(tài)梁再將壓力傳遞給等強(qiáng)度懸臂梁，根據(jù) 力傳遞可知，物料輸送時(shí)物料質(zhì)量M與等強(qiáng)度懸臂梁自由端所受力F的關(guān)系為F = Mg(1)其中g(shù)為重力加速度。[0012]皮帶秤載荷引起等強(qiáng)度懸臂梁5自由端移位，光纖Bragg光柵4隨等強(qiáng)度懸臂梁 5形變，若測(cè)量過(guò)程中溫度變化了 A T，則載荷和溫度引起的光纖Bragg光柵4的波長(zhǎng)移位 量A、為A A B = (S E A e +ST A T) A B(2)其中SE為應(yīng)變敏感系數(shù)；ST為溫度敏感系數(shù)；A e為等強(qiáng)度懸臂梁自由端移位； AT為溫度變化量；入B為中心波長(zhǎng)。將等強(qiáng)度懸臂梁上、下表面粘貼的兩光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)移位相減，消除環(huán)境 溫度的影響A 入 B1,2 = A AB1-A AB2 = 2SE A e AB(3)其中A XB1,2為等強(qiáng)度懸臂梁上、下表面粘貼的兩光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)移位差 值；A入B1和A入B2分別為等強(qiáng)度懸臂梁上、下表面粘貼的兩光纖Bragg光柵的波長(zhǎng)移位。等強(qiáng)度懸臂梁自由端移位A e與等強(qiáng)度懸臂梁自由端所受應(yīng)力F的關(guān)系為 A 6FL(4) 其中L、h分別為等強(qiáng)度懸臂梁的長(zhǎng)度和厚度；E為等強(qiáng)度懸臂梁材料的楊氏模量； b0為等強(qiáng)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(zhǎng)移位與等強(qiáng)度懸臂梁自由端 所受應(yīng)力F的關(guān)系為 將式(1)代入式(5)，則光纖Bragg光柵的Bragg波長(zhǎng)移位與物料輸送時(shí)物料質(zhì)量 M的關(guān)系為 式(6)表明了物料輸送時(shí)物料質(zhì)量M與光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位之間的數(shù)學(xué)模 型，通過(guò)測(cè)量光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位就可以計(jì)算出物料輸送時(shí)物料的質(zhì)量。本實(shí)用新型的有益效果是1.實(shí)現(xiàn)了皮帶秤的實(shí)時(shí)稱重本實(shí)用新型將等強(qiáng)度懸臂梁的固定端和自由端分 別固定在靜態(tài)梁和動(dòng)態(tài)梁上，光纖Bragg光柵粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁上，通過(guò)把等強(qiáng)度懸臂 梁的撓度轉(zhuǎn)換成對(duì)光纖Bragg光柵的中心波長(zhǎng)移位的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶秤的實(shí)時(shí)稱重。2.利用粘貼于等強(qiáng)度懸臂梁上、下表面的傳感光柵對(duì)溫度和壓力響應(yīng)的差異性， 可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)量。3.抗干擾能力強(qiáng)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為本實(shí)用新型的拆除皮帶的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)視示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)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(qiáng)度懸臂梁5，動(dòng)態(tài)梁6，平行板簧7，皮帶輸送機(jī)縱梁8，信號(hào)處理裝置9。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例基于德國(guó)申克公司的BEP型皮帶秤，并采用不銹鋼材料制成的等強(qiáng)度懸 臂梁。動(dòng)態(tài)梁6與稱重托輥2的固定底座連成一體，等強(qiáng)度懸臂梁5的受力端與動(dòng)態(tài)梁6用 螺絲3固定，等強(qiáng)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(qiáng)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(hào)線與信號(hào)處理裝 置9連接。1、等強(qiáng)度懸臂梁，尺寸參數(shù)為L(zhǎng) = 250mm, h = 5匪，bQ = 200匪；2、等強(qiáng)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(zhǎng)= 1550. OOOnm，應(yīng)變敏感系數(shù)S E =0. 78 ；4、重力加速度為g = 9. 8N/Kg ；5、按附圖2配置實(shí)驗(yàn)；6、用光纖光柵分析儀獲取光纖Bragg光柵的Bragg波長(zhǎng)；7、根據(jù)式(6)，光纖Bragg光柵的Bragg波長(zhǎng)移位對(duì)物料輸送時(shí)物料質(zhì)量M的響應(yīng) 靈敏度為 將已知量代入式(7)，理論計(jì)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(dāng)光纖Bragg光柵解調(diào)儀的波長(zhǎng)分辨率為1pm時(shí)，該傳感器的 分辨率為0. 028Kg。對(duì)比分析結(jié)果表明，該種差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤具有 高測(cè)量分辨率，測(cè)量誤差小，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求一種差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，其特征是動(dòng)態(tài)梁與稱重托輥的固定底座連成一體，等強(qiáng)度懸臂梁的受力端與動(dòng)態(tài)梁固定相連，等強(qiáng)度懸臂梁的固定端固定在靜態(tài)梁上，沿等強(qiáng)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(hào)線與信號(hào)處理裝置連接。
2.按權(quán)利要求1所述的差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，其特征是等強(qiáng)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(qiáng)度懸臂梁兩端采用螺絲 連接來(lái)分別與靜態(tài)梁和動(dòng)態(tài)梁固定。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種差動(dòng)應(yīng)變式光纖Bragg光柵懸浮型皮帶秤，屬于光電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。本裝置的動(dòng)態(tài)梁與稱重托輥的固定底座連成一體，等強(qiáng)度懸臂梁的受力端與動(dòng)態(tài)梁固定相連，等強(qiáng)度懸臂梁的固定端固定在靜態(tài)梁上，沿等強(qiáng)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(hào)線與信號(hào)處理裝置連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了皮帶秤的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)稱重，可對(duì)溫度和壓力的同時(shí)測(cè)量，抗電磁干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01G11/00GK201607269SQ20102010307
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:昆明理工大學(xué)