本發(fā)明涉及工程量具領(lǐng)域，更具體地說涉及一種大量程光纖位移傳感器。

背景技術(shù)：

在橋梁工程試驗和健康檢測中，結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形往往較大，而目前位移傳感器的量程比較小。目前位移傳感器有電阻式和振弦式，這些位移傳感器雖然可以將結(jié)構(gòu)位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏窟M行量測，但缺點是量程小、易受溫度、濕度和電磁場的干擾，測量速度慢。近幾年也出現(xiàn)了光纖光柵位移傳感器，精度較高，抗電磁干擾，但量程較小，一般在200mm以內(nèi)，且多用于裂縫寬度的量測，不適合大量程的量測，不能滿足現(xiàn)場使用要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種大量程光纖位移傳感器，通過機械傳動原理和光纖光柵傳感技術(shù)，可將機械位移量轉(zhuǎn)換成可計量的、成線性比例的光波波長變化信號，再計算出位移量，實現(xiàn)大量程的遠程量測。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種大量程光纖位移傳感器，包括：

一對安裝球鉸，其包括一號安裝球鉸和二號安裝球鉸，所述一對安裝球鉸相互遠離的一端分別與被測結(jié)構(gòu)可拆卸連接，所述被測結(jié)構(gòu)發(fā)生位移帶動所述一號安裝球鉸移動；

殼體，其內(nèi)部設(shè)有橫隔板和豎隔板組，橫隔板上方限定形成一端開口的水平的滑動栓艙，所述開口形成滑動栓艙艙口，所述豎隔板組包括用于支撐所述橫隔板的多個豎隔板和用于形成豎向中心艙的筒體，所述中心艙與所述滑動栓艙連接為一體，所述滑動栓艙遠離其艙口的封閉端固定連接所述二號安裝球鉸的另一端；

滑動栓，其滑動設(shè)置在所述滑動栓艙內(nèi)，所述滑動栓包括一體成型的前段和后段，所述后段的下端面朝遠離所述前段的方向向上傾斜并設(shè)置有一等長的觸頭導(dǎo)槽，所述觸頭導(dǎo)槽遠離所述前段的一端設(shè)有與所述橫隔板相抵觸的豎向擋板，所述前段水平設(shè)置，且下端面與所述橫隔板相抵觸，所述前段遠離所述后段的一端與所述一號安裝球鉸的另一端固定連接；

轉(zhuǎn)換裝置，其設(shè)于所述中心艙內(nèi)，包括自上而下依次連接的鋼立柱、承拉彈簧和光纖光柵，所述鋼立柱頂端設(shè)有一球面觸頭，所述球面觸頭與所述觸頭導(dǎo)槽滑動連接，所述承拉彈簧設(shè)置為：自然伸長狀態(tài)下使所述球面觸頭伸入所述觸頭導(dǎo)槽。

優(yōu)選的是，所述前段為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述后段的下端面形狀為矩形，所述觸頭導(dǎo)槽的對稱軸線與所述后段的下端面的對稱軸線相重合，所述觸頭導(dǎo)槽向上傾斜的角度為5.7～9.5°。

優(yōu)選的是，所述前段與所述后段連接處設(shè)有防滑裝置，所述前段與所述后段連接處沿徑向均勻分布有八個容置腔，八個容置腔深度一致、底部互不貫通，所述防滑裝置包括分別設(shè)置于八個容置腔的八個防滑組件，一個防滑組件設(shè)置在一個容置腔中，所述防滑組件包括固定連接的壓縮彈簧和鋼珠，所述壓縮彈簧的另一端與所述容置腔的底部固定連接，所述壓縮彈簧設(shè)置為：自然伸長狀態(tài)下將所述鋼珠伸出所述容置腔；所述滑動栓艙的內(nèi)壁沿軸線方向分布有多個鄰接的收納部，所述收納部包括沿徑向均勻分布的八個凹部，一個凹部與一個容置腔相對應(yīng)。

優(yōu)選的是，所述鋼珠與所述凹部的體積比為1:1.08～1.12，相鄰的兩個收納部沿軸線方向的間距為1mm。

優(yōu)選的是，所述滑動栓艙內(nèi)壁的艙口處設(shè)有防污裝置，其包括多個同軸貼合設(shè)置的彈性圓環(huán)，多個彈性圓環(huán)的外圓與所述滑動栓艙內(nèi)壁固定連接，多個彈性圓環(huán)的外徑相等、環(huán)寬朝向所述后段的方向遞減，最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的環(huán)寬大于所述滑動栓艙的外壁至所述滑動栓艙的內(nèi)壁的距離，使得最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的內(nèi)圓在所述滑動栓滑動的過程中與所述滑動栓發(fā)生干涉并彎折。

優(yōu)選的是，最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的環(huán)寬與所述滑動栓的外壁至所述滑動栓艙的內(nèi)壁的距離的比值為1.1～1.2，彈性圓環(huán)的數(shù)量為5個，5個彈性圓環(huán)的環(huán)寬比從大至小依次為1:0.8:0.7:0.6:0.5，最遠離所述艙口的彈性圓環(huán)與最靠近所述艙口的收納部相鄰。

優(yōu)選的是，所述滑動栓長度與所述滑動栓艙長度相同，所述滑動栓表面涂有速干性潤滑劑，所述滑動栓艙內(nèi)壁涂有礦物油潤滑劑，所述殼體的外表面包有橡膠防污套。

優(yōu)選的是，所述鋼立柱與所述滑動栓的軸線垂直，所述鋼立柱的表面涂有潤滑油。

優(yōu)選的是，所述承拉彈簧的位移范圍為30～50mm，所述光纖光柵的波長范圍為1510～1590nm。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

第一、本發(fā)明將機械傳動原理和光纖光柵傳感技術(shù)結(jié)合起來，研發(fā)和設(shè)計了大量程光纖位移傳感器，可將機械位移量轉(zhuǎn)換成可計量的、成線性比例的光波波長變化信號，光纖光柵是一種性能優(yōu)良的應(yīng)變傳感元件，其抗電磁干擾能力強、耐久性好、精度高，可以方便地測量超大直線位移，具有量程大、測量速度快、可遠距離測量、造價低、實施簡單等優(yōu)點；

第二、被測物體發(fā)生位移時引起滑動栓的運動，進而引發(fā)觸頭導(dǎo)槽和鋼立柱頂端球面觸頭的相互運動，從而使鋼立柱上下移動拉壓承拉彈簧，通過剛立柱連接承拉彈簧進行力的傳遞更有利于力的傳遞的準確性與穩(wěn)定性，最終將被測物體的位移間接轉(zhuǎn)化成承拉彈簧的伸縮，減少了直接加載到光纖光柵上的應(yīng)變量，進而使本發(fā)明大量程光纖位移傳感器的量測范圍達到100～500mm，遠超常規(guī)光纖位移傳感器量程，且靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單；

第三、觸頭導(dǎo)槽傾斜角度可改變，通過觸頭導(dǎo)槽傾斜角度的變化引發(fā)承拉彈簧的伸縮范圍的變化，承拉彈簧伸縮范圍的變化再加載到光纖光柵上，引起的光纖光柵應(yīng)變量范圍的變化，由此達到調(diào)節(jié)光纖位移傳感器量程的目的，實際量測工作中根據(jù)實際需求量程選擇觸頭導(dǎo)槽傾斜角度；

第四、滑動栓艙口的艙壁上設(shè)置了防污裝置，最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的內(nèi)圓在滑動栓滑動的過程中與滑動栓發(fā)生干涉并彎折，在滑動栓滑進艙內(nèi)時通過該圓環(huán)向艙內(nèi)彎折將滑動栓沾染的塵土阻擋，在滑動栓滑出時該圓環(huán)變?yōu)橄蚺撏鈴澱蹖m土帶出，通過五個彈性圓環(huán)的設(shè)計，有效防止了傳感器工作期間金屬滑動栓裸露在外部分沾染的灰塵進入到滑動栓艙的套筒內(nèi)影響金屬滑動栓正常工作，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果準確；

第五、金屬滑動栓前段的后端部位設(shè)有防滑裝置，通過壓縮彈簧與鋼珠的設(shè)計，在被測結(jié)構(gòu)未發(fā)生位移時連接著壓縮彈簧的鋼珠抵觸在滑動栓艙凹部，克服了在被測結(jié)構(gòu)未發(fā)生位移時金屬滑動栓可能出現(xiàn)微小滑動的情況發(fā)生，與常規(guī)的監(jiān)測方式相比，采用本發(fā)明的位移傳感器得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)克服了常規(guī)監(jiān)測的數(shù)據(jù)漂移較大的缺陷，監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)果不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下反復(fù)漂移，誤差數(shù)據(jù)少，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精度高。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大量程光纖位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明殼體中心艙的剖面圖；

圖3為圖1中B處防滑裝置的剖面圖；

圖4為圖1中A處防污裝置的局部放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1～4所示，一種大量程光纖位移傳感器，包括：

一對安裝球鉸，其包括一號安裝球鉸11和二號安裝球鉸12，所述一對安裝球鉸相互遠離的一端分別與被測結(jié)構(gòu)可拆卸連接，所述被測結(jié)構(gòu)發(fā)生位移帶動所述一號安裝球鉸移動；殼體，其內(nèi)部設(shè)有橫隔板21和豎隔板組22，橫隔板21上方限定形成一端開口的水平的滑動栓艙23，所述開口形成滑動栓艙艙口，所述豎隔板組22包括用于支撐所述橫隔板的多個豎隔板和用于形成豎向中心艙的筒體，所述中心艙與所述滑動栓艙23連接為一體，所述滑動栓艙23遠離其艙口的封閉端固定連接所述二號安裝球鉸12的另一端；滑動栓，其滑動設(shè)置在所述滑動栓艙23內(nèi)，所述滑動栓包括一體成型的前段31和后段32，所述后段32的下端面朝遠離所述前段31的方向向上傾斜并設(shè)有一等長的觸頭導(dǎo)槽33，所述觸頭導(dǎo)槽33遠離所述前段的一端設(shè)有與所述橫隔板21相抵觸的豎向擋板34，所述前段31水平設(shè)置，且下端面與所述橫隔板21相抵觸，所述前段31遠離所述后段32的一端與所述一號安裝球鉸11的另一端固定連接，被測結(jié)構(gòu)發(fā)生位移時，通過一對安裝球鉸帶動滑動栓發(fā)生相同的位移；轉(zhuǎn)換裝置，其設(shè)于所述中心艙內(nèi)，包括自上而下依次連接的鋼立柱41、承拉彈簧42和光纖光柵43，所述鋼立柱頂端設(shè)有一球面觸頭411，所述球面觸頭411與所述觸頭導(dǎo)槽33滑動連接，所述承拉彈簧42設(shè)置為：自然伸長狀態(tài)下使所述球面觸頭411伸入所述觸頭導(dǎo)槽33，通過轉(zhuǎn)換裝置將滑動栓3的位移間接轉(zhuǎn)換成承拉彈簧42的伸縮，再將承拉彈簧42的伸縮量轉(zhuǎn)換成可計量的、成線性比例的光波波長變化信號，再通過計算測出位移，實現(xiàn)大位移的遠程量測。

該位移傳感器使用方法如下：首先將根據(jù)測量需求量程選擇觸頭導(dǎo)槽33向上傾斜角度適用的滑動栓3，然后將所述滑動栓3滑動設(shè)置于所述滑動栓艙23內(nèi)，未工作時所述觸頭導(dǎo)槽33的中部與所述鋼立柱41相抵觸，將一對安裝球鉸相互遠離的一端分別與被測結(jié)構(gòu)可拆卸連接，當被測結(jié)構(gòu)發(fā)生位移時，通過一對安裝球鉸帶動所述滑動栓3產(chǎn)生相同位移量，從而帶動所述后段32產(chǎn)生相同位移量，所述后段32下端面設(shè)置的觸頭導(dǎo)槽33對與其抵觸的球面觸頭411產(chǎn)生作用，帶動所述鋼立柱41上升下降，由此引起所述承拉彈簧42的伸縮，所述承拉彈簧42的伸縮量加載到與所述承拉彈簧相連的光纖光柵43上會引起光纖光柵43的波長變化，再通過計算得到被測結(jié)構(gòu)的位移量。

如圖1所示，所述前段31為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述后段32的下端面形狀為矩形，所述觸頭導(dǎo)槽33的對稱軸線與所述后段32的下端面的對稱軸線相重合，所述觸頭導(dǎo)槽33向上傾斜的角度為5.7～9.5°，前段32為圓柱體結(jié)構(gòu)方便滑動，觸頭導(dǎo)槽33向上傾斜的角度變化能改變傳感器的量程。

如圖1、3所示，所述前段31與所述后段32連接處設(shè)有防滑裝置，所述前段與所述后段連接處沿徑向均勻分布有八個容置腔310，八個容置腔310深度一致、底部互不貫通，所述防滑裝置包括分別設(shè)置于八個容置腔310的八個防滑組件，一個防滑組件設(shè)置在一個容置腔310中，所述防滑組件包括固定連接的壓縮彈簧312和鋼珠311，所述壓縮彈簧312的另一端與所述容置腔310的底部固定連接，所述壓縮彈簧312設(shè)置為：自然伸長狀態(tài)下將所述鋼珠311伸出所述容置腔310；所述滑動栓艙23的內(nèi)壁沿軸線方向分布有多個鄰接的收納部，所述收納部包括沿徑向均勻分布的八個凹部24，一個凹部24與一個容置腔310相對應(yīng)，在監(jiān)測工作中壓縮彈簧312在滑動栓3未發(fā)生位移時會將鋼珠311伸入凹部24，微小外力對滑動栓3作用時不會引起滑動栓3滑動，當被測結(jié)構(gòu)發(fā)生位移時外力較大，滑動栓3會將鋼珠311從凹部24帶出，從而克服了常規(guī)監(jiān)測的數(shù)據(jù)漂移較大的缺陷，監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)果不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下反復(fù)漂移，達到誤差數(shù)據(jù)少，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，精度高的效果。

如圖1、3所示，所述鋼珠311與所述凹部24的體積比為1:1.08～1.12，外力不大的情況下鋼珠311不會從凹部24滑出，滑動栓3不會出現(xiàn)微小滑動，相鄰的兩個收納部沿軸線方向的間距為1mm，相鄰兩個收納部間距為1mm能保證測得位移的精準度。

如圖1、4所示，所述滑動栓艙23內(nèi)壁的艙口處設(shè)有防污裝置，圖4為所述滑動栓滑出時除污裝置的局部放大圖，其包括多個同軸貼合設(shè)置的彈性圓環(huán)25，多個彈性圓環(huán)25的外圓與所述滑動栓艙23內(nèi)壁固定連接，多個彈性圓環(huán)25的外徑相等、環(huán)寬朝向所述后段的方向遞減，最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的環(huán)寬大于所述滑動栓艙23的外壁至所述滑動栓艙23的內(nèi)壁的距離，使得最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的內(nèi)圓在所述滑動栓3滑動的過程中與所述滑動栓3發(fā)生干涉并彎折，在滑動栓3滑進艙內(nèi)時通過最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)向艙內(nèi)彎折，其余的彈性圓環(huán)也隨最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)向艙內(nèi)彎折，達到將滑動栓3沾染的塵土阻擋的目的，在滑動栓3滑出時最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)改為向艙外彎折并將塵土帶出，其余的彈性圓環(huán)維持原狀。

如圖1、4所示，最靠近所述艙口的彈性圓環(huán)的環(huán)寬與所述滑動栓3的外壁至所述滑動栓艙23的內(nèi)壁的距離的比值為1.1～1.2，此比值下該彈性圓環(huán)的環(huán)寬最適宜，彈性圓環(huán)25的數(shù)量為5個，5個彈性圓環(huán)的環(huán)寬比從大至小依次為1:0.8:0.7:0.6:0.5，最遠離所述艙口的彈性圓環(huán)與最靠近所述艙口的收納部相鄰，5個彈性圓環(huán)共同起到防污除污作用。

如圖1所示，所述滑動栓3長度與所述滑動栓艙23長度相同，所述滑動栓3表面涂有速干性潤滑劑，所述滑動栓艙23內(nèi)壁涂有礦物油潤滑劑，所述殼體的外表面包有橡膠防污套，滑動栓3表面和滑動栓艙23內(nèi)壁的潤滑劑相互協(xié)同起到減小摩擦的作用，從而減小測量誤差，殼體外表面的橡膠防污套起到保護殼體的作用。

如圖1、2所示，所述鋼立柱41與所述滑動栓3的軸線垂直，所述鋼立柱41的表面涂有潤滑油，潤滑油能減小鋼立柱41與觸頭導(dǎo)槽33和中心艙的摩擦，增強監(jiān)測的準確性。

如圖2所示，所述承拉彈簧42的位移范圍為30～50mm，所述光纖光柵43的波長范圍為1510～1590nm，承拉彈簧42的位移范圍和光纖光柵43的波長范圍變化能改變位移傳感器的量程。

這里說明的設(shè)備數(shù)量和處理規(guī)模是用來簡化本發(fā)明的說明的。對本發(fā)明大量程光纖位移傳感器的應(yīng)用、修改和變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于一對安裝球鉸、殼體、滑動栓、轉(zhuǎn)換裝置、防滑裝置以及防污裝置的共同作用，使本發(fā)明大量程光纖位移傳感器的量測范圍達到100～500mm，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，準確度高，誤差數(shù)據(jù)少，因此能實現(xiàn)大量程的遠程量測。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。