專利名稱：光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，具體地說(shuō)是用于檢測(cè)土木工程中結(jié)構(gòu)健康情況的，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在土木工程中，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)對(duì)保證土木結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全運(yùn)行具有重要的意義。而位移和轉(zhuǎn)角檢測(cè)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中最基本的測(cè)量項(xiàng)目，位移檢測(cè)可采用位移傳感器，轉(zhuǎn)角檢測(cè)可采用傾角儀或角位移傳感器。傳統(tǒng)的位移傳感器、傾角儀或角位移傳感器是基于電類測(cè)量傳感技術(shù)，如電阻應(yīng)變片、鋼弦計(jì)等，由于它們耐久性差，無(wú)法滿足土木結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。光纖光柵傳感器是一種新型智能傳感器，其抗潮、抗腐、耐久性強(qiáng)，能在惡劣環(huán)境下工作，可靠性好、抗干擾性強(qiáng)，而且容易構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。光纖光柵傳感器因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)點(diǎn)，得到了世界的廣泛關(guān)注。目前世界上已將光纖光柵傳感器應(yīng)用于溫度、應(yīng)變、壓力、位移、加速度、流量等多種物理量的測(cè)量中?，F(xiàn)有的光纖光柵位移傳感器存在量程小，易損壞或未考慮溫度影響等缺點(diǎn)。如專利號(hào)為200510047350. 4的“一種光纖光柵位移傳感器”是利用彈簧的拉伸使鋼管封裝的光纖光柵應(yīng)變傳感器變形來(lái)測(cè)定位移變化。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但未考慮到溫度因素的影響。又如專利號(hào)為200810201667. 2的“一種拉線式光纖光柵位移傳感器”是通過(guò)輪轂、齒輪將應(yīng)力作用在測(cè)量光柵上實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。該發(fā)明考慮到溫度因素的影響，自帶有溫度補(bǔ)償，但由于光纖光柵沒(méi)有附著基體而直接受力，在較大的外力作用下容易發(fā)生光纖斷裂而破壞。再如專利號(hào)為201010127525. 3的“超精密光纖光柵位移傳感器”是將光纖光柵布設(shè)在測(cè)桿兩端，傳感器測(cè)頭發(fā)生位移時(shí)，光纖光柵將被拉伸，其中心波長(zhǎng)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)試波長(zhǎng)變化量得到位移，該發(fā)明具有很高的分辨率和位移精度，但是量程較小，為50um，且未考慮溫度因素的影響。現(xiàn)有的可用于測(cè)量轉(zhuǎn)角的光纖光柵傾角傳感器存在測(cè)量范圍小、容易損壞等缺點(diǎn)。如專利號(hào)為200410009719. 8的“一種光纖光柵傾斜角度傳感器”利用重力擺的重力使粘貼于等截面梁上的兩只光柵發(fā)生變形，用于測(cè)定傾斜變化，但量程較小，僅為2-8°。又如專利號(hào)為200310113187. 8的“光纖光柵傾角傳感器”和專利號(hào)為200910097186. 6的“新型光纖光柵二維傾斜角度傳感器”發(fā)明由于光纖光柵沒(méi)有附著基體直接受力，在較大的外力作用下容易發(fā)生光纖斷裂而破壞。而對(duì)于將光纖光柵位移和轉(zhuǎn)角一體化的傳感器目前尚未見(jiàn)到。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種耐久性能良好、測(cè)量精確度高、測(cè)量范圍大、不受溫度影響，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不受電磁場(chǎng)干擾的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，利用光纖光柵進(jìn)行位移和轉(zhuǎn)角檢測(cè)。[0008]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器包括圓軸、軸承、銷軸、螺旋軸、第一拉線、殼體、支桿、等強(qiáng)度梁、第一光纖光柵、彈簧、墊塊、保護(hù)管、第一尾纖、連接桿、第二光纖光柵、第二尾纖和第二拉線，其特征是殼體一側(cè)固定銷軸，銷軸上套裝軸承，軸承上套裝螺旋軸。殼體內(nèi)固定墊塊，等強(qiáng)度梁一端通過(guò)螺釘固定在墊塊上，另一端固定支桿。所述支桿與螺旋軸側(cè)面接觸。所述等強(qiáng)度梁上下表面分別對(duì)稱粘貼第一光纖光柵、第二光纖光柵。第一尾纖、第二尾纖分別粘貼在等強(qiáng)度梁的上下表面。所述第一尾纖與第一光纖光柵連接，第二尾纖與第二光纖光柵連接。所述螺旋軸一側(cè)固定圓軸，圓軸側(cè)面固定連接桿。殼體內(nèi)固定保護(hù)管，保護(hù)管內(nèi)安裝彈簧。所述彈簧的一端連接第一拉線，第一拉線一頭緊密纏繞在圓軸上。彈簧的另一端連接第二拉線。所述螺旋軸的外輪廓曲線為阿基米德螺旋線。所述銷軸與支桿垂直。所述支桿與等強(qiáng)度梁垂直。所述第二拉線穿出殼體。所述第一尾纖穿出殼體。所述第二尾纖穿出殼體。所述圓軸與螺旋軸同軸。所述連接桿穿出殼體。本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，合理；將光纖光柵對(duì)稱粘貼在等強(qiáng)度梁的上下表面上，克服了光纖光柵易損壞，受溫度影響的缺點(diǎn)；并且增加了彈簧，可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的測(cè)量；利用了螺旋軸結(jié)構(gòu)可測(cè)量±180°以內(nèi)的任何角位移。

圖1為本實(shí)用新型主視圖。圖2為本實(shí)用新型俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-圓軸、2-軸承、3-銷軸、4-螺旋軸、5-第一拉線、6-殼體、7_支桿、8-等強(qiáng)度梁、9-第一光纖光柵、10-彈簧、11-墊塊、12-保護(hù)管、13-第一尾纖、14-連接桿、15-第二光纖光柵、16-第二尾纖、17-第二拉線。
具體實(shí)施方式
下面本實(shí)用新型將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步描述如圖廣2所示，本實(shí)用新型主要包括圓軸1、軸承2、銷軸3、螺旋軸4、5_第一拉線5、殼體6、支桿7、等強(qiáng)度梁8、第一光纖光柵9、彈簧10、墊塊11、保護(hù)管12、第一尾纖13、連接桿14、第二光纖光柵15、第二尾纖16和第二拉線17。殼體6 —側(cè)固定銷軸3，銷軸3上套裝軸承2，軸承2上套裝螺旋軸4。殼體6內(nèi)固定墊塊11。所述等強(qiáng)度梁8—端通過(guò)螺釘固定在墊塊11上，另一端固定支桿7。所述支桿7與螺旋軸4側(cè)面接觸。所述等強(qiáng)度梁8上下表面分別對(duì)稱粘貼第一光纖光柵9、第二光纖光柵15。第一尾纖13、第二尾纖16分別粘貼在等強(qiáng)度梁8的上下表面。所述第一尾纖13與第一光纖光柵9連接，第二尾纖16與第二光纖光柵15連接。所述第一尾纖13和第二尾纖16穿出殼體6。所述螺旋軸4 一側(cè)固定圓軸I，圓軸I與螺旋軸4同軸。圓軸I側(cè)面固定連接桿14。所述連接桿14穿出殼體6。所述螺旋軸4的外輪廓曲線為阿基米德螺旋線。殼體I內(nèi)固定保護(hù)管12，保護(hù)管12內(nèi)安裝彈簧10。所述彈簧10的一端連接第一拉線5，第一拉線5 —頭緊密纏繞在圓軸I上。彈簧10的另一端連接第二拉線17，第二拉線17穿出殼體I。所述銷軸3與支桿7垂直。所述支桿7與等強(qiáng)度梁8垂直。本實(shí)用新型的工作原理是安裝時(shí)，將第一尾纖13和第二尾纖16與采集儀器連接，連接桿14與外部結(jié)構(gòu)連接。當(dāng)伸出殼體6的第二拉線17發(fā)生位移時(shí)，彈簧10發(fā)生拉伸帶動(dòng)圓軸I和螺旋軸4旋轉(zhuǎn)。螺旋軸4的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)支桿7使等強(qiáng)度梁8彎曲變形，這樣對(duì)稱粘貼在等強(qiáng)度梁8的上下表面的第一光纖光柵9和第二光纖光柵15就會(huì)和等強(qiáng)度梁8的表面產(chǎn)生協(xié)同變形，使得第一光纖光柵9和第二光纖光柵15的中心波長(zhǎng)由于應(yīng)變而產(chǎn)生一定的偏移，通過(guò)分析可以得出第一光纖光柵9和第二光纖光柵15的中心波長(zhǎng)與第二拉線17位移之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)位移的檢測(cè)。當(dāng)與連接桿14連接的外部結(jié)構(gòu)發(fā)生旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，圓軸I和螺旋軸4發(fā)生相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，螺旋軸4的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)支桿7使等強(qiáng)度梁8彎曲變形，這樣對(duì)稱粘貼在等強(qiáng)度梁8的上下表面的第一光纖光柵9和第二光纖光柵15就會(huì)和等強(qiáng)度梁8的表面產(chǎn)生協(xié)同變形，使得第一光纖光柵9和第二光纖光柵15的中心波長(zhǎng)由于應(yīng)變而產(chǎn)生一定的偏移,通過(guò)分析可以得出第一光纖光柵9和第二光纖光柵15的中心波長(zhǎng)與外部結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于利用光纖光柵進(jìn)行位移和轉(zhuǎn)角檢測(cè)，光纖光柵是一種性能優(yōu)良的應(yīng)變傳感元件，其抗干擾能力強(qiáng)，不受電磁場(chǎng)干擾，也不影響外界電磁場(chǎng)，電絕緣性能好，耐久性好，測(cè)量靈敏度高、測(cè)量精度高，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測(cè)量和分布式測(cè)量；第一光纖光柵9和第二光纖光柵15對(duì)稱粘貼在等強(qiáng)度梁的上下表面上，可以提高測(cè)試精度，且有效地消除了由溫度變化帶來(lái)的測(cè)量誤差。轉(zhuǎn)角測(cè)量范圍大，可測(cè)量±180°以內(nèi)的任何角位移。此夕卜，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、防爆性良好，不受電磁場(chǎng)干擾，可廣泛應(yīng)用于土木工程、石油化工等惡劣工作環(huán)境的位移和轉(zhuǎn)角檢測(cè)中。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，包括圓軸(I)、軸承(2)、銷軸(3)、螺旋軸(4)、第一拉線(5)、殼體(6)、支桿(7)、等強(qiáng)度梁(8)、第一光纖光柵(9)、彈簧(10)、墊塊(11)、保護(hù)管(12)、第一尾纖(13)、連接桿(14)、第二光纖光柵(15)、第二尾纖(16)和第二拉線(17)，其特征是殼體(6) —側(cè)固定銷軸(3)，銷軸(3)上套裝軸承(2)，軸承(2)上套裝螺旋軸(4);殼體(6)內(nèi)固定墊塊(11)，等強(qiáng)度梁(8)—端通過(guò)螺釘固定在墊塊(11)上，另一端固定支桿(7);所述支桿(7)與螺旋軸(4)側(cè)面接觸；所述等強(qiáng)度梁(8)上下表面分別對(duì)稱粘貼第一光纖光柵(9)、第二光纖光柵(15);第一尾纖(13)、第二尾纖(16)分別粘貼在等強(qiáng)度梁(8)的上下表面；所述第一尾纖(13)與第一光纖光柵(9)連接，第二尾纖(16)與第二光纖光柵(15)連接；所述螺旋軸(4) 一側(cè)固定圓軸(1)，圓軸(I)側(cè)面固定連接桿(14);殼體(I)內(nèi)固定保護(hù)管(12)，保護(hù)管(12)內(nèi)安裝彈簧(10);所述彈簧(10)的一端連接第一拉線(5)，第一拉線(5)—頭緊密纏繞在圓軸(I)上；彈簧(10)的另一端連接第二拉線(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述螺旋軸(4)的外輪廓曲線為阿基米德螺旋線。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述銷軸(3)與支桿(7)垂直。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述支桿(7)與等強(qiáng)度梁(8)垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述第二拉線(17)穿出殼體(I)。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述第一尾纖(13)穿出殼體(6)。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述第二尾纖(16)穿出殼體(6)。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述圓軸(I)與螺旋軸⑷同軸。
9.如權(quán)利要求1所述的光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，其特征是所述連接桿(14)穿出殼體(6)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵位移轉(zhuǎn)角一體化傳感器，具體地說(shuō)是用于檢測(cè)土木工程中結(jié)構(gòu)健康情況的，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。其包括圓軸、軸承、銷軸、螺旋軸、第一拉線、殼體、支桿、等強(qiáng)度梁、第一光纖光柵、彈簧、墊塊、保護(hù)管、第一尾纖、連接桿、第二光纖光柵、第二尾纖和第二拉線，支桿與螺旋軸側(cè)面接觸。等強(qiáng)度梁上下表面分別對(duì)稱粘貼第一光纖光柵、第二光纖光柵。螺旋軸一側(cè)固定圓軸。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，合理；克服了光纖光柵易損壞，受溫度影響的缺點(diǎn)；可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的測(cè)量；利用了螺旋軸結(jié)構(gòu)可測(cè)量±180o以內(nèi)的任何角位移。
文檔編號(hào)G01B11/26GK202869443SQ20122051157
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者劉炎 申請(qǐng)人:無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司