CN101387498B - 一种拉线式光纤光栅位移传感器 - Google Patents

一种拉线式光纤光栅位移传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，该传感器包括拉绳I、拉绳II、大轮毂、轮毂、小轮毂、弹簧、金属毛细管、光纤光栅I、光纤光栅II、出纤端子、轴承I、轴承II、定位轴I、定位轴II、传动发条、底盒，所述的拉绳I一端绕合固定在大轮毂上，所述的大轮毂与小轮毂轴线重合固定连接，所述的拉绳II一端绕合固定在小轮毂上，另一端绕过轮毂后通过弹簧与金属毛细管连接，所述的金属毛细管与光纤光栅I连接，所述的光纤光栅I与光纤光栅II串接后与出纤端子固定连接。与现有技术相比，本发明可在一根光纤上布置多个传感器对多点进行准分布式测量；和基于光纤光栅技术的各种传感器串联；自带有温度补偿，保证了高精度的品质。

Description

一种拉线式光纤光栅位移传感器
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种拉线式光纤光栅位移传感器。
背景技术
光纤光栅位移传感器一般是以金属探杆作为传动件，通过探杆的伸缩来改变对光纤光栅的应力影响，再通过光纤光栅的波长变化来计算探杆所进行的伸缩量(位移量)。这种传感器的优点在于：精度较高，缺点在于：安装要求高，并且只满足短量程的测试。
还有一种光纤光栅位移传感器的是以悬臂梁为弹性元件，把光栅粘贴在悬臂梁上，位移量通过连接件使悬臂梁产生弯曲，从而使光纤光栅受到拉伸或者压缩，导致波长产生相应的变化量。得到了位移和波长变化的对应关系，这样便可以通过光纤光栅波长的变化量来得到位移量了。但其缺点在于：光纤光栅在栅区被胶粘贴的情况下会出现谱形展宽及蠕变等不良后果，直接影响位移传感器测试精度及稳定性，另外温度变化会使位移传感器的波长产生变化，所以原先的光纤光栅位移传感器需在附带一个温度传感器来做波长补偿。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种结构简单、布设方便、精度高、长期稳定性好的拉线式光纤光栅位移传感器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，该传感器包括拉绳I、拉绳II、大轮毂、轮毂、小轮毂、弹簧、金属毛细管、光纤光栅I、光纤光栅II、出纤端子、轴承I、轴承II、定位轴I、定位轴II、传动发条、底盒，所述的拉绳I一端绕合固定在大轮毂上，所述的大轮毂与小轮毂轴线重合固定连接，所述的拉绳II一端绕合固定在小轮毂上，另一端绕过轮毂后通过弹簧与金属毛细管连接，所述的金属毛细管与光纤光栅I连接，所述的光纤光栅I与光纤光栅II串接后与出纤端子固定连接，所述的轴承I外圈与大轮毂、小轮毂紧配，所述的轴承I内圈与定位轴I紧配，所述的轴承II外圈与轮毂紧配，所述的轴承II内圈与定位轴II紧配，所述的定位轴I下端与底盒固定连接，设于大轮毂、小轮毂轴心处，所述的定位轴II下端与底盒固定连接，设于轮毂轴心处，所述的传动发条设在大轮毂的中心，外圈与大轮毂固定连接，内圈与定位轴I固定连接。
还包括盒盖，所述的盒盖与底盒扣合连接。
所述的拉绳I、拉绳为细软的钢丝绳或耐腐蚀的尼龙绳。
所述的定位轴I、定位轴II上端与盒盖卡合连接。
所述的传感器内设有保证内部结构不被锈蚀及良好的机动的硅油。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)克服了传统电类传感器易受电磁干扰、长期稳定性差等缺点；
(2)体积小、测量精度相对较高，而且可在一根光纤上布置多个传感器对多点进行准分布式测量；
(3)可以和基于光纤光栅技术的各种传感器串联；
(4)不胶粘栅区，保证了光谱波形不随光栅变形而改变，提高了其测试精度并保证了稳定性，大大提高了量程范围；
(5)自带有温度补偿，保证了其高精度的品质。
附图说明
图1是本发明一种拉线式光纤光栅位移传感器的内部主视结构示意图；
图2是本发明一种拉线式光纤光栅位移传感器的内部俯视结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种拉线式光纤光栅位移传感器包括出纤端子1、光纤光栅I2、光纤光栅II3、大轮毂4、拉绳I5、拉绳II6、弹簧7、轮毂8、定位轴I9、定位轴II10、底盒11、盒盖12、金属毛细管13、小轮毂14、轴承I15、轴承II16、传动发条17。
所述的拉绳I5一端绕合固定在大轮毂4上，所述的大轮毂4与小轮毂14轴线重合固定连接，所述的拉绳II6一端绕合固定在小轮毂14上，另一端绕过轮毂8后通过弹簧7与金属毛细管13连接，所述的金属毛细管13与光纤光栅I2连接，所述的光纤光栅I2与光纤光栅II3串接后与出纤端子1固定连接，所述的轴承I15外圈与大轮毂4、小轮毂14紧配，所述的轴承I15内圈与定位轴I9紧配，所述的轴承II16外圈与轮毂8紧配，所述的轴承II16内圈与定位轴II10紧配，所述的定位轴I9下端与底盒11固定连接，设于大轮毂4、小轮毂14轴心处，所述的定位轴II10下端与底盒11固定连接，设于轮毂8轴心处，所述的传动发条17设在大轮毂4的中心，外圈与大轮毂4固定连接，内圈与定位轴I9固定连接。所述的盒盖12与底盒11扣合连接。所述的拉绳I5、拉绳II6为细软的钢丝绳或耐腐蚀的尼龙绳。所述的定位轴I9、定位轴II10上端与盒盖12卡合连接。所述的传感器内部填充保证内部结构不被锈蚀及良好的机动的硅油。
拉绳I5绕在一个大轮毂4上，此大轮毂4与另一个小轮毂14为一体，操作上，拉绳式位移传感器安装在固定位置上，拉绳I5缚在移动物体上，拉绳I5直线运动和移动物体运动轴线对准。运动发生时，拉绳I5伸展和收缩，带大轮毂4、小轮毂14转动，一个传动发条17保证拉绳I5的张紧度不变，保证了拉绳I5伸展和收缩，大轮毂4的转动也使得固定在小轮毂14上的拉绳II6收缩和伸展，使得与之相接的弹簧7拉伸和收缩，并且光纤光栅I2与弹簧7通过金属毛细管13连接，这样便改变了弹簧7对光纤光栅I2的应力作用。通过标定，得到拉绳5的拉伸和收缩量与波长变化的关系。
其中，大轮毂4与小轮毂14为一个整体，轴承I15外圈与其紧配，定位轴I9与轴承I15内圈紧配，定位轴I9的下端与底盒相固定，传动发条17安放在大轮毂4的中心，传动发条17的外圈与大轮毂4相连接，内圈固定在定位轴I9上，拉绳5盘在大轮毂4上，这样当拉绳5拉动时，便带动了大轮毂4整体的转动，传动发条17的作用力也能使拉绳5实现回缩。
另外，由于光纤光栅的波长除了受应力影响而变化以外还受温度的影响而变化，而位移传感器室外使用比较普遍，温差相对比较大，所以有必要对器件做温度补偿。在本结构中，在光纤光栅I2之后串接光纤光栅II3，光纤光栅II3处于松弛的状态，只受温度的影响。所以器件在工作中，只要将光纤光栅I2的波长变化量减去光纤光栅II3的波长变化量，便剔除了温度变化对光纤光栅I2的波长影响，实现了器件的自我补偿。

Claims (5)

1.一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，该传感器包括拉绳I、拉绳II、大轮毂、轮毂、小轮毂、弹簧、金属毛细管、光纤光栅I、光纤光栅II、出纤端子、轴承I、轴承II、定位轴I、定位轴II、传动发条和底盒，所述的拉绳I一端绕合固定在大轮毂上，所述的大轮毂与小轮毂轴线重合固定连接，所述的拉绳II一端绕合固定在小轮毂上，另一端绕过轮毂后通过弹簧与金属毛细管连接，所述的金属毛细管与光纤光栅I一端连接，所述的光纤光栅I一端还与光纤光栅II一端串接，所述的光纤光栅I另一端和光纤光栅II另一端与出纤端子固定连接，所述的轴承I外圈与大轮毂和小轮毂紧配，所述的轴承I内圈与定位轴I紧配，所述的轴承II外圈与轮毂紧配，所述的轴承II内圈与定位轴II紧配，所述的定位轴I下端与底盒固定连接，设于大轮毂和小轮毂轴心处，所述的定位轴II下端与底盒固定连接，设于轮毂轴心处，所述的传动发条设在大轮毂的中心，外圈与大轮毂固定连接，内圈与定位轴I固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，还包括盒盖，所述的盒盖与底盒扣合连接。
3.根据权利要求1所述的一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，所述的拉绳I和拉绳II为细软的钢丝绳或耐腐蚀的尼龙绳。
4.根据权利要求2所述的一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，所述的定位轴I和定位轴II上端与盒盖卡合连接。
5.根据权利要求1所述的一种拉线式光纤光栅位移传感器，其特征在于，所述的传感器内设有保证内部结构不被锈蚀的硅油。
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Assignor: Cao Chungeng

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Denomination of invention: Stay-supported optical fiber grating displacement sensor

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Record date: 2009.7.8

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