CN102486422A - 一种光纤型高精度张力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤型高精度张力检测装置，包括壳体和设置在壳体上方的滑轮，滑轮中其中两个布设在两边且均通过固定杆与壳体固定连接，滑轮中另外一个中间滑轮位于两滑轮之间且固定在传动杆上端，传动杆装在壳体上，壳体内部还设有光纤弯曲传感单元，光纤弯曲传感单元包括信号光纤、供信号光纤穿过的曲线形测试通道和与信号光纤对接的测试单元，测试单元还与处理单元相接；曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内部相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，信号光纤穿设在变形齿一与变形齿二之间。本发明设计合理，制作方便，适应性强，可实现对线缆张力的测量。
Description
技术领域
本发明属于传感技术领域，具体涉及一种光纤型高精度张力检测装置。
背景技术
张力仪广泛应用多个行业，如造纸、钢厂、纺织以及缆线加工行业，张力仪的监测原理和检测方法较多，但目前常用的以电子方式检测为主，应用较广泛的是三点弯曲法，如图1，是将传感器上的三个滑轮与被测线缆的表面接触，加上一定的横向力使线缆产生类似于3点弯曲的局部变形。测量时将传感器夹持在线缆上，在中间滑轮相对于两边的两个滑轮压紧的过程中，中间滑轮产生位移变化和压紧力变化，实验及理论研究证明：线缆张力与中间滑轮产生位移变化和压紧力变化以及三个滑轮的距离之间存在一定的关系，利用该关系便可以计算出张力值。三点弯曲法测量张力中，对三个滑轮的安装精度及中间滑轮的横向位移量的检测要求都非常严格，现有的电子方式检测装置达到较高的精度较困难，在一些要求稍高的场合，还不能使用该方法检测。另外电子式的张力仪在一些恶劣的环境下不能长期使用，如电磁干扰、灰尘较多的场合，这都限制了电子式张力传感装置的使用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光纤型高精度张力检测装置，其结构简单、设计合理且加工制作方便，同时具有使用方式灵活，灵敏度高，使用效果好，成本低，实用价值高，适应性强，防电磁干扰、防尘等优点，可实现对线缆张力的测量，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：包括壳体和设置在壳体上方的滑轮，所述滑轮的数量为三个，所述滑轮中其中两个布设在两边且均通过固定杆与壳体固定连接，所述滑轮中另外一个为中间滑轮，所述中间滑轮位于两滑轮之间且固定在传动杆上端，所述传动杆装在壳体上，所述传动杆与壳体滑动配合，所述传动杆下端位于壳体内部，所述壳体内部还设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元位于传动杆下端，所述光纤弯曲传感单元包括信号光纤、供信号光纤穿过的曲线形测试通道；所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在曲线形支架内部相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，所述曲线形支架上端与传动杆相接触，所述曲线形支架下端固定在壳体内壁上，所述变形齿一与变形齿二之间呈交错对应布设，所述变形齿一与变形齿二的头部之间形成曲线形通道，所述信号光纤穿设在所述曲线形通道中；还包括位于壳体内或壳体外且用于对光信号功率变化量进行同步测试的测试单元，所述测试单元与信号光纤对接，所述测试单元还与用于处理测试单元测试数据的处理单元相接。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述光纤弯曲传感单元上端与传动杆之间设置有移动板，所述移动板与传动杆相接触，所述移动板与所述光纤弯曲传感单元固定连接，所述光纤弯曲传感单元下端设置有调整板，所述调整板位于壳体内部，所述移动板与壳体内壁之间以及壳体内壁与调整板之间均滑动配合。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述壳体底部设置有调整螺杆，所述调整螺杆与壳体之间通过螺纹固定连接，所述调整螺杆上部位于壳体内部，所述调整螺杆上端与调整板相接触。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述移动板与壳体之间以及壳体与调整板之间均通过导槽滑动配合，所述导槽位于壳体内部。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述曲线形支架内部设置有辅助弹簧，所述辅助弹簧上端与移动板固定连接，所述辅助弹簧下端与调整板固定连接。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述信号光纤两端中至少一端设置有光反射装置，所述信号光纤另一端与1×2光分路器的输入端相接，所述1×2光分路器的输出端与测试单元相接。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述传动杆通过直线轴承与壳体滑动配合。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述信号光纤通过延伸光纤与测试单元相接。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、锯齿板或波纹管。
上述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述信号光纤为外部包有多层保护层的光纤，所述信号光纤外还包覆有一层防水材料层。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。
2、适用面广，适应能力强，能有效适用于应用场合。
3、测试精度高，动态范围大，使用方便。
4、选用普通的通信光纤作为信号光纤、以及用常规的测试仪器如光源-光功率计构成测试单元，从而可以大幅度降低整个装置的成本，利于推广使用。
5、将测试单元和处理单元设置在壳体外并远离壳体，测试单元与信号光纤之间通过延长光纤连接，这样可以实现遥测。
综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，实用价值高，可实现对线缆张力的测量，同时具备防电磁干扰、防尘等诸多优点，具有广阔的应用前景。
下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有三点弯曲法测试装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1的结构示意图。
图3为实施例1中曲线形支架的内部结构示意图。
图4为本发明实施例2的结构示意图。
图5为实施例2中曲线形支架的内部结构示意图。
图6为本发明实施例3的结构示意图。
图7为实施例3中曲线形支架的内部结构示意图。
图8为本发明实施例4的结构示意图。
图9为本发明实施例5的结构示意图。
附图标记说明：
1-延伸光纤； 4-1-变形齿一； 4-2-变形齿二；
5-测试单元； 6-壳体； 7-处理单元；
8-传动杆； 10-待测线缆； 11-导槽；
12-中间滑轮； 13-滑轮； 14-直线轴承；
15-移动板； 19-曲线形支架； 20-辅助弹簧；
24-调整板； 25-承力弹簧 26-调整螺杆；
33-信号光纤； 41-管壁； 45-1×2光分路器；
46-光反射装置。
具体实施方式
实施例1
如图2和3所示的一种光纤型高精度张力检测装置，包括壳体6和设置在壳体6上方的滑轮13，所述滑轮13的数量为三个，所述滑轮13中其中两个布设在两边且均通过固定杆与壳体6固定连接，所述滑轮13中另外一个为中间滑轮12，所述中间滑轮12位于两滑轮之间且固定在传动杆8上端，所述传动杆8安装在壳体6上，所述传动杆8与壳体6滑动配合，所述传动杆8下端位于壳体6内部，所述壳体6内部还设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元位于传动杆8下端，所述光纤弯曲传感单元包括信号光纤33、供信号光纤33穿过的曲线形测试通道；所述曲线形测试通道包括曲线形支架19以及连续布设在曲线形支架19内部相对两侧的多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2，所述曲线形支架19上端与传动杆8相接触，所述曲线形支架19下端固定在壳体6内壁上，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2之间呈交错对应布设，所述变形齿一4-1与变形齿二4-2的头部之间形成曲线形通道，所述信号光纤33穿设在所述曲线形通道中；还包括位于壳体6内或壳体6外且用于对光信号功率变化量进行同步测试的测试单元5，所述测试单元5与信号光纤33对接，所述测试单元5还与用于处理测试单元5测试数据的处理单元7相接。
本实施例中，所述曲线形支架19为曲线形壳体，所述光纤弯曲传感单元上端与传动杆8之间设置有移动板15，所述移动板15与传动杆8相接触，所述移动板15与所述光纤弯曲传感单元固定连接，移动板15与壳体6内壁之间滑动配合，待测线缆10不同的张力对传动杆8有不同的压力，并使传动杆8移动相应的位移，传动杆8通过移动板15将压力作用到曲线形支架19上，并使曲线形支架19的整体长度变化，如压缩或伸长，从而使布设于曲线形支架19内的变形齿一4-1与变形齿二4-2之间的距离改变，导致夹持于变形齿一4-1与变形齿二4-2之间的信号光纤33的弯曲曲率变化，信号光纤33的弯曲曲率变化使传输于信号光纤33内的光信号的功率变化，通过测试单元5测得该变化信号并传递给处理单元7，处理单元7经计算得到曲线形支架19的弯曲状态，并推算出传动杆8移动的位移，进而推算出待测线缆10上的张力。由于待测线缆10存在粗细差异，其对传动杆8施加的力大小也不一样，因此在与曲线形支架19并行安置的有一承力弹簧25，根据需要更换承力弹簧25来调整承力弹簧25的系数以满足传动杆8上力的大小不同。
所述曲线形支架19内部设置有辅助弹簧20，所述辅助弹簧20上端与移动板15固定连接，所述辅助弹簧20下端与调整板24固定连接。壳体6底部设置有调整螺杆26，所述调整螺杆26与壳体6之间通过螺纹固定连接，所述调整螺杆26上部位于壳体6内部，所述调整螺杆26上端与调整板24相接触。所述光纤弯曲传感单元下端设置有调整板24，所述调整板24位于壳体6内部，所述移动板15与壳体6内壁之间以及壳体6内壁与调整板24之间均滑动配合，且所述移动板15与壳体6之间以及壳体6与调整板24之间均通过导槽11滑动配合，所述导槽11位于壳体6内部。所述信号光纤33通过延伸光纤1与测试单元5相接。传动杆8通过直线轴承14与壳体6滑动配合，测试单元5和处理单元7可根据需要安置于壳体6内部或外部，传动杆8与曲线形支架19的一端接触在一起，曲线形支架19的另一端固定在壳体6内壁上。所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等，也可以为塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤，或是多根信号光纤33并排夹持在变形齿一4-1和变形齿二4-2之间之间，或是多根信号光纤33通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带；所述信号光纤33外还包覆有一层防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤33的侵蚀，延长了信号光纤33的使用寿命。
实施例2
如图4和5所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为弹簧，变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在线形支架19的相邻两圈弹簧丝之间，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例3
如图6和7所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为波纹管，变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在波纹管的管壁41上内凹处的相对两个侧面上，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例4
如图8所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为锯齿板，且锯齿板由两个个锯齿板相扣而成，两块锯齿板的相对面上布设有相互交错对应的变形齿一4-1和变形齿二4-2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例5
如图9所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架19为锯齿板，所述信号光纤33一端设置有光反射装置46，所述信号光纤33另一端与1×2光分路器45的输入端相接，所述1×2光分路器45的输出端与测试单元5相接，这样可以使在信号光纤33中传输的光信号两次通过使光纤弯曲的曲线型壳体19，从而进一步提高传感精度。当信号光纤33的两端均安置有光反射装置时，测试单元5可通过确定两个光反射装置的反射光信号的强度之差，就可以确定信号光纤33的损耗，该方法可以避免光源、光功率计和光纤链路的变化所引入的误差，进一步提高测试精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：包括壳体(6)和设置在壳体(6)上方的滑轮(13)，所述滑轮(13)的数量为三个，所述滑轮(13)中其中两个布设在两边且均通过固定杆与壳体(6)固定连接，所述滑轮(13)中另外一个为中间滑轮(12)，所述中间滑轮(12)位于两滑轮之间且固定在传动杆(8)上端，所述传动杆(8)安装在壳体(6)上，所述传动杆(8)与壳体(6)滑动配合，所述传动杆(8)下端位于壳体(6)内部，所述壳体(6)内部还设置有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元位于传动杆(8)下端，所述光纤弯曲传感单元包括信号光纤(33)、供信号光纤(33)穿过的曲线形测试通道；所述曲线形测试通道包括曲线形支架(19)以及连续布设在曲线形支架(19)内部相对两侧的多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)，所述曲线形支架(19)上端与传动杆(8)相接触，所述曲线形支架(19)下端固定在壳体(6)内壁上，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)之间呈交错对应布设，所述变形齿一(4-1)与变形齿二(4-2)的头部之间形成曲线形通道，所述信号光纤(33)穿设在所述曲线形通道中；还包括位于壳体(6)内或壳体(6)外且用于对光信号功率变化量进行同步测试的测试单元(5)，所述测试单元(5)与信号光纤(33)对接，所述测试单元(5)还与用于处理测试单元(5)测试数据的处理单元(7)相接。
2.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述光纤弯曲传感单元上端与传动杆(8)之间设置有移动板(15)，所述移动板(15)与传动杆(8)相接触，所述移动板(15)与所述光纤弯曲传感单元固定连接，所述光纤弯曲传感单元下端设置有调整板(24)，所述调整板(24)位于壳体(6)内部，所述移动板(15)与壳体(6)内壁之间以及壳体(6)内壁与调整板(24)之间均滑动配合。
3.按照权利要求2所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述壳体(6)底部设置有调整螺杆(26)，所述调整螺杆(26)与壳体(6)之间通过螺纹固定连接，所述调整螺杆(26)上部位于壳体(6)内部，所述调整螺杆(26)上端与调整板(24)相接触。
4.按照权利要求2所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述移动板(15)与壳体(6)之间以及壳体(6)与调整板(24)之间均通过导槽(11)滑动配合，所述导槽(11)位于壳体(6)内部。
5.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述曲线形支架(19)内部设置有辅助弹簧(20)，所述辅助弹簧(20)上端与移动板(15)固定连接，所述辅助弹簧(20)下端与调整板(24)固定连接。
6.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)两端中至少一端设置有光反射装置(46)，所述信号光纤(33)另一端与1×2光分路器(45)的输入端相接，所述1×2光分路器(45)的输出端与测试单元(5)相接。
7.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述传动杆(8)通过直线轴承(14)与壳体(6)滑动配合。
8.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)通过延伸光纤(1)与测试单元(5)相接。
9.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述曲线形支架(19)为曲线形壳体、弹簧、锯齿板或波纹管。
10.按照权利要求1所述的一种光纤型高精度张力检测装置，其特征在于：所述信号光纤(33)为外部包有多层保护层的光纤，所述信号光纤(33)外还包覆有一层防水材料层。
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