CN101387516B - 一种光纤光栅倾斜计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤光栅倾斜计，该倾斜计包括摆锤、连杆、两个弹性梁、两个光纤光栅、两个微调螺母、外壳、支架、金属片、螺纹管，所述的摆锤与连杆一端连接，所述的连杆另一端设有插槽，以容置金属片，所述的金属片的两端与支架连接，所述的连杆另一端端头与两个相连的光纤光栅的中部连接，所述的光纤光栅与弹性梁固定连接，所述的弹性梁与螺纹管连接，所述的微调螺母设在伸出外壳的螺纹管一端。本发明的优点在于：双光纤光栅封装结构能自我修正温度对器件的影响；该传感器体积小、测量精度高，同时能测量倾角及温度，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；还可以和基于光纤光栅技术的各种传感器串联。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种光纤光栅倾斜计。
背景技术
传统的机械倾斜计采用重力摆带动机械臂指针，测量精度低，需要到器件安装位置进行读数，误读的机率较高。
光纤光栅的反射波长随光栅被拉伸或压缩而变化，通过监测光纤光栅反射光的波长，就可以知道光纤光栅的应变。如果光纤光栅的应变随结构的倾斜度变化，我们就可以用光纤光栅传感技术来测量结构的倾斜，从这点出发我们开发了一种简便有效的光纤光栅倾斜计装置，使得测量倾斜度的精度有了很大提高，而且可以远程实时读取数据，工程上使得，倾斜计组网简单易行。
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、长期稳定性好的光纤光栅倾斜计。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种光纤光栅倾斜计，其特征在于，该倾斜计包括摆锤、连杆、两个弹性梁、两个光纤光栅、两个微调螺母、外壳、支架、金属片、螺纹管，所述的摆锤与连杆一端连接，所述的连杆另一端设有插槽，以容置金属片，所述的金属片的两端与支架连接，所述的连杆另一端端头与两个相连的光纤光栅的中部连接，所述的光纤光栅与弹性梁固定连接，所述的弹性梁与螺纹管连接，所述的微调螺母设在伸出外壳的螺纹管一端。
所述的摆锤横截面的形状包括圆形、方形或椭圆形。
所述的弹性梁与支架固定连接。
所述的金属片包括铜片，不锈钢片或铁片。
所述的倾斜计内设有防止内部零件受到腐蚀的硅油。
所述的两个光纤光栅采用对称封装结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用摆锤发生倾斜时，其水平分力的变化会改变光纤光栅的应变和反射波长，由此计算被测对象的倾斜；双光纤光栅封装结构还能自我修正温度对器件的影响，与此同时该机构还可作为一个有较高精度的温度传感器；该传感器体积小、测量精度高，同时能测量倾角及温度，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；还可以和基于光纤光栅技术的各种传感器串联。
附图说明
图1是本发明一种光纤光栅倾斜计的剖视图；
图2是本发明一种光纤光栅倾斜计的弹性梁的结构示意图；
图3是本发明一种光纤光栅倾斜计的金属片与连杆及摆锤的连接示意主视图；
图4是本发明一种光纤光栅倾斜计的金属片与连杆及摆锤的连接示意右视图。
具体实施方式
如图1～4所示，本发明一种光纤光栅倾斜计包括摆锤1、连杆2、弹性梁3、弹性梁4、光纤光栅5、光纤光栅6、微调螺母7、微调螺母8、外壳9、支架10、金属片11、螺纹管12、螺纹管13。
所述的摆锤1与连杆2一端连接，所述的连杆2另一端设有插槽，以容置金属片11，所述的金属片11的两端与支架10连接，所述的连杆2另一端端头与两个相连的光纤光栅4、光纤光栅5的中部连接，所述的光纤光栅4、光纤光栅5分别与弹性梁3、弹性梁4固定连接，所述的弹性梁3、弹性梁4分别与螺纹管12、螺纹管13连接，所述的微调螺母7、微调螺母8分别设在伸出外壳的螺纹管12、螺纹管13一端。所述的摆锤1横截面为圆形、方形、椭圆形或不规则形。所述的弹性梁3、弹性梁4与支架固定连接。所述的金属片11为铜片，不锈钢片或铁片。所述的倾斜计内填充有防止内部零件受到腐蚀的硅油。所述的光纤光栅5、光纤光栅6采用对称封装结构。
倾斜计中的半圆型钟摆锤1自然下垂，钟摆锤1与连杆2的一端连接，连杆2的另外一端与金属片11相连，金属片11的两端与支架10相连，这样便形成了一个以金属片11为支点的杠杆结构，连杆2的最上端连接着两根相连的光纤光栅4、光纤光栅5的中部，光纤光栅4、光纤光栅5的两端分别与弹性梁3、弹性梁4固定，弹性梁3、弹性梁4分别与螺纹管12、螺纹管13相连，伸出外壳9以外，再通过螺纹管12、螺纹管13上的微调螺母7、微调螺母8来拉伸弹性梁3、弹性梁4，从而实现光纤光栅4、光纤光栅5的波长预拉伸。
工作时，传感器固定于待测目标表面，通过调节微调螺母7、微调螺母8对光纤光栅4、光纤光栅5施加预拉力。当待测目标朝左倾斜时，钟摆锤会在重力作用下，通过连杆2及支点金属片11对光纤光栅4或光纤光栅5增大水平拉力，同时减小了光纤光栅5或光纤光栅4上的预拉力，光纤光栅4、光纤光栅5受到的力大小相等，方向相反，因此光纤光栅反射波长变化量，也是大小相等，方向相反。波长的变化量与待测目标的倾斜度成正比关系。
为了消除温度对传感器波长的影响，本结构使用了双光栅的方法，该光纤光栅组可实现精确的温度补偿。具体实现计算方式如下：
((Wa-Wa0)-(Wb-Wb0))/2
Wa---a光纤光栅的测试波长
Wa0---a光纤光栅的零点波长
Wb---b光纤光栅的测试波长
Wb0---b光纤光栅的零点波长
其中“Wa-Wa0”与“Wb-Wb0”的值中各包括倾角与温度对传感器引起的波长变化，其中倾角对传感器两段光纤光栅的波长变化量相等且相反，温度对传感器两段光纤光栅的波长变化量相等，所以两者的差值便是两倍的倾角引起的波长变化量，剔除掉了温度对光纤光栅的波长变化量。通过计算结果的正负值可以判断被测体的倾斜方向。相反的，((Wa-Wa0)+(Wb-Wb0))/2式子中，则是剔除了应变的影响，所以本发明还能实现对环境温度的测量。
Claims (4)
1.一种光纤光栅倾斜计，其特征在于，该倾斜计包括摆锤、连杆、两个弹性梁、两个光纤光栅、两个微调螺母、外壳、支架、金属片、螺纹管，所述的摆锤与连杆一端连接，所述的连杆另一端设有插槽，以容置金属片，所述的金属片的两端与支架连接，所述的连杆另一端端头与两个相连的光纤光栅的中部连接，所述的光纤光栅与弹性梁固定连接，所述的弹性梁与螺纹管连接，所述的微调螺母设在伸出外壳的螺纹管一端；所述的摆锤横截面的形状包括圆形、方形或椭圆形；所述的弹性梁与支架固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅倾斜计，其特征在于，所述的金属片包括铜片，不锈钢片或铁片。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅倾斜计，其特征在于，所述的倾斜计内设有防止内部零件受到腐蚀的硅油。
4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅倾斜计，其特征在于，所述的两个光纤光栅采用对称封装结构。
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