本發(fā)明涉及傳感技術設備領域，具體涉及一種可調式光纖光柵傳感器。

背景技術：

普通電子類傳感器采集精度低，易受電磁干擾，穩(wěn)定性差，號傳輸損耗大，難以在惡劣環(huán)境中正常使用。光纖傳感器克服了傳統(tǒng)電子類傳感器的缺點，可在較強電磁場、腐蝕等惡劣環(huán)境或特殊環(huán)境中正常使用。

在光纖傳感器領域，光纖光柵傳感器的應用前景十分廣闊。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小(標準裸光纖為125um)、重量輕、耐溫性好(工作溫度上限可達400℃～600℃)、復用能力強、傳輸距離遠(傳感器到解調端可達幾公里)、耐腐蝕、高靈敏度、無源器件、易形變等優(yōu)點，早在1988年就成功地應用于航空航天領域的無損檢測；光纖光柵傳感器還可應用于化學醫(yī)藥、材料工業(yè)、水利電力、船舶、煤礦等各個領域，以及在土木工程領域中(如建筑物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器、高速公路、機場跑道等)的混凝土組件和結構中，以測定結構的完整性和內部應變狀態(tài)，從而建立靈巧結構，并進一步實現智能建筑。然而，目前大多數光纖光柵傳感器靈敏度不夠，溫度測量范圍小。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，針對現有技術的不足，提供一種靈敏度高、測量范圍廣的可調式光纖光柵傳感器。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種可調式光纖光柵傳感器，包括光柵、兩個轉動臂,以及連接套，所述光柵布置在兩個轉動臂之間，光柵兩端連接的光纖分別自轉動臂的內側進入轉動臂內部，沿直線從轉動臂的后端端部穿出；轉動臂的前端為鉸接端，鉸接端與連接套鉸接；兩個轉動臂前端分別開設有相互嚙合的齒輪；齒輪之間可發(fā)生相對轉動。

按上述方案，兩個轉動臂的內側沿長度方向對應開設有多組光纖牽引孔，在轉動臂的內部沿長度方向開有與光纖牽引孔連通的光纖牽引通道，所述光柵兩端的光纖分別經兩個轉動臂的光纖牽引孔進入光纖牽引通道，從轉動臂的后端端部穿出。

按上述方案，所述轉動臂的每個光纖牽引孔與光纖牽引通道的相交處設有倒角。

按上述方案，所述轉動臂的后端端部開設有光纖固定槽，從光纖牽引通道引出的光纖固定在光纖固定槽內。

按上述方案，所述連接套內開設有卡口，所述轉動臂的前端為內凹的凹臺，凹臺可插入卡口內，凹臺與連接套鉸接；兩個轉動臂的底面和連接套的底面位于同一平面內。

按上述方案，兩個轉動臂對應設置有四組光纖牽引孔。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明采用兩組轉動臂，轉動臂通過齒輪相連，齒輪之間摩擦力小，相對轉動不受阻礙，轉動臂受力即可發(fā)生相對運動，保證了測量的靈敏性；

2、轉動臂設置多組光纖牽引孔，每組光纖牽引孔對應一種放大比例，此種方法增大了光柵的測量范圍,提高了光柵的測量精度；

3、.調節(jié)兩個轉動臂之間的夾角對光柵施加預緊力進行應力補償，保證了測量精度。

4、本發(fā)明結構簡單，操作方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個具體實施例的結構示意圖。

圖2為圖1的主視圖。

圖3為本實施例中轉動臂的結構示意圖。

圖4為轉動臂的光纖牽引孔和光纖牽引通道的結構示意圖。

圖5為本實施例中轉動銷的結構示意圖。

圖6為本實施例中連接套的結構示意圖。

圖7為本實施例中光纖光柵的結構示意圖。

圖8為本實施例的應用狀態(tài)示意圖。

圖9為本實施例中結構梁的受力示意圖。

其中：1、光纖；2、轉動臂；2.1、光纖牽引孔；2.2、鉸接孔；2.3、齒輪；2.4、光纖牽引通道；3、光柵；4、轉動銷；5、連接套；6、結構梁。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地描述。

如圖1所示的一種可調式光纖光柵傳感器，包括光柵3、兩個轉動臂2，以及連接套5，光柵3布置在兩個轉動臂2之間，光柵3兩端連接的光纖1分別自轉動臂2的內側進入轉動臂2內部，并沿直線從轉動臂2的后端端部穿出；轉動臂2的前端為鉸接端(鉸接端開設有鉸接孔2.2)，鉸接端通過轉動銷4與連接套5鉸接；兩個轉動臂2前端分別開設有相互嚙合的齒輪2.3；兩個齒輪2.3之間潤滑良好(摩擦非常小)，相對轉動不受阻礙，轉動臂2受力即可發(fā)生相對運動，保證了測量的靈敏性。轉動臂2的底面受力時，齒輪2.3相對轉動，轉動臂2底部的應變經轉動臂2放大，放大比例根據力矩理論可計算出來。

兩個轉動臂2的內側沿長度方向對應開設有多組光纖牽引孔2.1，在轉動臂2的內部沿長度方向開有與光纖牽引孔2.1連通的光纖牽引通道2.4，所述光柵3兩端的光纖1分別經兩個轉動臂2的光纖牽引孔2.1進入光纖牽引通道2.4(用膠水將光纖1固定在光纖固定槽內，保證光纖1與光纖固定槽之間無相對運動)，并從轉動臂2的后端端部穿出。由于光纖1的彎曲度不能太大，故轉動臂2的每個光纖牽引孔2.1與光纖牽引通道2.4的相交處進行倒角處理(避免光纖1彎折過大影響正常工作)；轉動臂2的后端端部開設有光纖固定槽，光纖固定槽可為半圓形，從光纖牽引通道2.4引出的光纖固定在光纖固定槽內，避免轉動臂2受力時光纖1與光纖牽引通道2.4發(fā)生相對運動而增大測量誤差。

連接套5內開設有卡口，所述轉動臂2的前端為內凹的凹臺，凹臺可插入卡口內，凹臺通過連接銷4與連接套5鉸接。所述傳感器固定在待測物體上時，固定部位為兩個轉動臂2的底面和連接套5的底面，這三者的底面位于同一平面內，可保證待測物體變形時準確傳遞至所述傳感器。

本實施例中，兩個轉動臂2對應設置有四組光纖牽引孔2.1，四組光纖牽引孔2.1對應四種放大比例，提高了光柵3的測量范圍和測量精度(各種環(huán)境的應力有對應的最合適的測量精度，并不是精度越高越好，應根據實際情況選擇放大比例)。光柵3兩端的光纖1對應從兩個轉動臂2的光纖牽引孔2.1進入，如A-a,B-b；不可錯位連接，否則會引起測量誤差，且錯位連接時光纖1的偏折角度過大，影響光纖1的傳輸效果。

本發(fā)明所述傳感器在測量過程中，受力時轉動臂2的后端繞轉動銷4運動，形成了一個簡單的力學模型：一根桿一端鉸接，桿的另一端圍繞鉸接點轉動，桿上其余部位受到共面的兩個不同位置的力的作用。利用力矩原理，根據兩個轉動臂2的長度得到兩個力的比例，本發(fā)明利用這一原理得到的放大比例(也即光纖封裝的增敏原理)。以下以本發(fā)明測量結構梁6某一位置的受力情況為例進行說明，結構梁6的兩端分別受到和的拉力作用。本實施例中，為了排除環(huán)境溫度對測量結果的影響，對光柵3進行應力補償；另外，本實施例采用二級精度，即光柵3兩端的光纖1自兩個轉動臂的B-b光纖牽引孔2.1進入。

本發(fā)明的具體安裝和測量過程為：

首先，在結構梁6的待測位置布置所述傳感器，將光柵3粘貼在兩個轉動臂2之間的結構梁6上，調節(jié)兩個轉動臂2之間的夾角，對光柵3施加預緊力進行應力補償(環(huán)境中溫度與應力的變化總是同時存在的，測量應力時必須要排除溫度的干擾)，保證粘貼好的光柵3處于待測應力變化范圍之內，而在待測應力變化范圍之外由應力變化所引起的光柵尺寸變化的應力均被預緊力所抵消，由此所述傳感器最佳測量范圍被充分利用，待測應力位于最佳測量范圍內，保證了測量精度；

接著，將所述傳感器的各部件粘貼在結構梁6的待測部位，并保證兩個轉動臂2的底面和連接套5的底面位于同一平面內，且與結構梁6的待測面完全貼合，結構梁6受力變形可以準確地傳遞到所述傳感器上；

最后，對安裝好的所述傳感器進行標定，并將各部件粘貼在結構梁6上，接上解調儀進行測量。

如圖8和圖9所示，為所述傳感器在結構梁6上受到的外部拉力；與分別為在沿轉動臂2長度方向上和垂直于轉動臂2長度方向上的兩個分力；β為與之間的夾角；為外部拉力通過轉動臂2放大后傳遞到光柵3上的拉力，與分別為在沿轉動臂2長度方向上和垂直于轉動臂方向上的兩個分力，α為與之間的夾角。

利用以下公式即可推算和的大小關系：

其中O為轉動臂的轉動中心，A、B分別為和在轉動臂2上的受力點，OA、OB分別為和在轉動臂上的受力點到轉動中心O之間的距離。

最后應說明的是,以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。