適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵扭矩傳感器，尤其是一種適用于水下環(huán)境和惡劣潮濕環(huán)境下設(shè)備的扭矩參數(shù)的測量的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]水下運(yùn)載器、潛水器、海洋鉆井平臺等，這些設(shè)備的動力軸系統(tǒng)通常工作在水下潮濕環(huán)境中，并且受到環(huán)境腐蝕，同時對這些設(shè)備動力軸系統(tǒng)進(jìn)行扭矩的實(shí)時測量是保障設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵過程。傳統(tǒng)的扭矩傳感器采用電阻應(yīng)變片作為測量傳感器，經(jīng)過密封后侵泡在水中進(jìn)行扭矩測量。在高水壓、高鹽和各種腐蝕的長期作用下，電阻應(yīng)變片容易老化；并且在深水中測量時，較長的連接電纜也會影響測量精度。
[0003]光纖光柵傳感器是一種新型的光纖傳感器件，具有體積小、封裝簡單、抗電磁干擾、抗腐蝕、長距離傳輸損耗小、對應(yīng)變敏感、易于構(gòu)建分布式傳感網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)。目前基于光纖光柵設(shè)計(jì)的扭矩傳感器多為理論分析，如研宄了實(shí)心圓柱和空心圓柱對光纖光柵線性調(diào)諧特性的影響；運(yùn)用高雙折射光纖光柵和長周期光纖光柵進(jìn)行扭矩測量等，這些研宄還處于實(shí)驗(yàn)室研宄，且適用于水下等惡劣環(huán)境下扭矩測量的光纖光柵扭矩傳感器更是鮮有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對傳統(tǒng)電類扭矩傳感器在水中等潮濕惡劣環(huán)境下使用存在的問題和迫切需求，充分發(fā)揮光纖光柵傳感器在應(yīng)力測量方面的優(yōu)勢，本實(shí)用新型提供了一種適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，該傳感器結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單、測量精度高、壽命長，能直接用于水下高壓高腐蝕等惡劣環(huán)境。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，具有一個扭矩測量軸，一個密封圓筒，所述扭矩測量軸置于密封圓筒內(nèi)，兩端伸出密封圓筒，并通過兩塊金屬圓板與密封圓筒兩端密封固定連接，扭矩測量軸上正交對稱分布安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器，用于提高測量靈敏度和消除溫度交叉敏感，密封圓筒上安裝水密型光纖插座，光纖光柵扭矩傳感器與測量設(shè)備之間通過水密光纖插頭進(jìn)行光信號傳輸。
[0006]所述測量軸與金屬圓板之間，金屬圓板與密封圓筒之間均裝有“O”型密封圈。
[0007]所述金屬圓板通過其端面的三個螺紋孔和圓周面上的三個螺紋孔分別與密封圓筒和測量軸固定連接。
[0008]所述密封圓筒上設(shè)有一個安裝水密型光纖插座的長方形凹槽并開孔，所述水密型光纖插座內(nèi)部與長方形凹槽之間裝有“O”型密封圈，水密型光纖插座與長方形凹槽外部涂防潮保護(hù)膠水。
[0009]所述扭矩測量軸上刻有安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器的正交對稱分布的細(xì)槽。
[0010]所述光纖光柵應(yīng)變傳感器是金屬鍍膜光纖光柵。所述光纖光柵應(yīng)變傳感器在測量軸上布置成半橋或全橋方式。所述水密光纖插頭光纖引出端灌入密封膠水。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型的傳感器結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，測量精度高，壽命長，適用于水下惡劣環(huán)境的扭矩測量，具有良好的防水密封性能。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的傳感器結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0013]圖2是水密光纖插頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是扭矩測量軸的主視圖；
[0015]圖4是金屬板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是圖1中沿A-A的光纖插座結(jié)構(gòu)剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1至圖5所示，一種適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，包括密封圓筒1、扭矩測量軸3、金屬圓板4、水密光纖插頭5等。
[0018]扭矩測量軸3置于密封圓筒I內(nèi)，兩端伸出密封圓筒I，并通過兩塊金屬圓板4與密封圓筒I兩端密封固定連接，扭矩測量軸3上正交對稱分布安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器，用于提高測量靈敏度和消除溫度交叉敏感，密封圓筒I上安裝水密型光纖插座202，光纖光柵應(yīng)變傳感器與測量設(shè)備之間通過水密光纖插頭5進(jìn)行光信號傳輸。測量軸3與金屬圓板4之間，金屬圓板4與密封圓筒I之間均裝有“O”型密封圈。
[0019]如圖4所示，金屬圓板4通過其端面的三個螺紋孔401和圓周面上的三個螺紋孔402分別與密封圓筒I和測量軸3固定連接。
[0020]如圖5所示，密封圓筒I上設(shè)有一個安裝水密型光纖插座202的長方形凹槽2并開孔201。水密型光纖插座202內(nèi)部與長方形凹槽2之間裝有“O”型密封圈，水密型光纖插座202與長方形凹槽2外部涂防潮保護(hù)膠水。
[0021]如圖3所示，扭矩測量軸3上刻有安裝光纖光柵扭矩傳感器的正交對稱分布的細(xì)槽301。光纖光柵應(yīng)變傳感器是金屬鍍膜光纖光柵。光纖光柵應(yīng)變傳感器在測量軸3上布置成半橋或全橋方式。
[0022]如圖2所示，水密光纖插頭5光纖引出端501灌入密封膠水。
[0023]將鍍金屬膜光纖光柵制作在一根光纖上，光纖的一端與水密封型光纖插座202相連；將光纖光柵焊接在扭矩軸3刻好的細(xì)槽301內(nèi)；光纖插座202與密封圓筒I添加“O”型密封圈緊密安裝配合；將兩塊金屬圓板4連接扭矩測量軸3和密封圓筒1，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變傳感器的安裝；連接水密光纖插頭5與光纖插座202，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變傳感器與外界的能量供給和信號傳輸。
[0024]將鍍金屬的光纖光柵串接以全橋(或半橋)方式焊接在扭矩測量軸上已刻好的細(xì)槽內(nèi)，并與光纖插座連接，在密封圓筒的中間端面銑一矩形凹槽，在槽中間開一通孔，與光纖插座用螺絲固定，兩者之間添加“O”型密封圈，提供光能量供給和光信號傳輸?shù)墓饫w利用水密型光纖插頭與光纖插座連接，，其中水密型光纖插頭在出纖口用密封膠進(jìn)行防水處理，用兩塊金屬板將密封圓筒和扭矩測量軸固定在一起，中間添加“O”型密封圈，最后在所有連接處涂抹防腐防水密封膠水，完成光纖光柵應(yīng)變傳感器的密封防水保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，具有一個扭矩測量軸(3)，一個密封圓筒(I)，其特征在于:所述扭矩測量軸(3)置于密封圓筒(I)內(nèi)，兩端伸出密封圓筒(1)，并通過兩塊金屬圓板(4)與密封圓筒(I)兩端密封固定連接，扭矩測量軸(3)上正交對稱分布安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器，用于提高測量靈敏度和消除溫度交叉敏感，密封圓筒(I)上安裝水密型光纖插座(202)，光纖光柵扭矩傳感器與測量設(shè)備之間通過水密光纖插頭(5)進(jìn)行光信號傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述測量軸⑶與金屬圓板⑷之間，金屬圓板⑷與密封圓筒⑴之間均裝有“O”型密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬圓板(4)通過其端面的三個螺紋孔(401)和圓周面上的三個螺紋孔(402)分別與密封圓筒(I)和測量軸(3)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述密封圓筒(I)上設(shè)有一個安裝水密型光纖插座(202)的長方形凹槽(2)并開孔(201)，所述水密型光纖插座(202)內(nèi)部與長方形凹槽(2)之間裝有“O”型密封圈，水密型光纖插座(202)與長方形凹槽(2)外部涂防潮保護(hù)膠水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述扭矩測量軸(3)上刻有安裝光纖光柵應(yīng)變傳感器的正交對稱分布的細(xì)槽(301)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光纖光柵應(yīng)變傳感器是金屬鍍膜光纖光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光纖光柵應(yīng)變傳感器在測量軸(3)上布置成半橋或全橋方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述水密光纖插頭(5)光纖引出端(501)灌入密封膠水。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種適用于水下環(huán)境的光纖光柵扭矩傳感器結(jié)構(gòu)，具有一個扭矩測量軸，一個密封圓筒，所述扭矩測量軸置于密封圓筒內(nèi)，兩端伸出密封圓筒，并通過兩塊金屬圓板與密封圓筒兩端密封固定連接，扭矩測量軸上正交對稱分布安裝光纖光柵扭矩應(yīng)變傳感器，用于提高測量靈敏度和消除溫度交叉敏感，密封圓筒上安裝水密型光纖插座，光纖光柵扭矩傳感器與測量設(shè)備之間通過水密光纖插頭進(jìn)行光信號傳輸。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，抗電磁干擾，測量精度高，壽命長，有效解決了水下高壓高腐惡劣環(huán)境下設(shè)備扭矩參數(shù)的測量。
【IPC分類】G01B11-16, G01L3-00
【公開號】CN204286372
【申請?zhí)枴緾N201420676226
【發(fā)明人】李濤, 江舒, 吳承勇, 喬志強(qiáng), 戚培蕓, 陳奕
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七0四研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月13日