CN102607422A

CN102607422A - 一种直线式光纤光栅位移计

Info

Publication number: CN102607422A
Application number: CN2011100546680A
Authority: CN
Inventors: 赵恩国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种直线式光纤光栅位移计，由一个保护筒、一个光纤光栅、一个膜片固定筒、一个硬芯膜片、一个探杆导向筒、两个O型圈、一个探杆、一个弹簧和一个铠装光缆组成。光纤光栅和与探杆连接在一起的弹簧分别固定在硬芯膜片的两侧，并都在硬芯膜片的中心轴线上。这样，待测位移转换为探杆与硬芯膜片之间的相对位移，即弹簧的伸缩量，也就转换为弹簧施加在硬芯膜片上的拉力的变化，进而引起膜片硬芯的微位移，使光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的反射波长的移动，通过探测光纤光栅的反射波长的移动量，即可检测到待测位移的变化信息。本发明结构简单，稳定性和可靠性高。

Description

一种直线式光纤光栅位移计

技术领域：

本发明涉及土木工程以及光纤传感领域，特别是一种直线式光纤光栅位移计。

背景技术：

在桥梁、隧道、大坝、地下工程、边坡等重大工程结构的施工过程监测中以及运行过程的长期健康监测中，位移是一个最基本、最有效的参数之一。目前，在土木工程中常用的位移计多为电阻应变式位移计和振弦式位移计，都具有一定的局限性，例如：抗电磁干扰能力较差、抗雷击能力较差、传输距离不远、长期稳定性和可靠性不好等。

近十几年来，随着光纤光栅制作技术的日益成熟、光纤光栅解调技术日益完善，更由于光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗雷击、波长直接绝对编码、不受光功率波动影响、长期可靠性和稳定性好、信号长距离传输、波分复用组网以及能在易燃易爆环境中应用等诸多优点，光纤光栅传感技术在土木工程领域的应用方兴未艾，也越来越多地应用到位移监测领域中。

由于光纤光栅的长度约为15mm左右，其可承受的最大应变量5000με左右，所以，光纤光栅本身可以产生的形变非常小。而工程现场所需的位移测量范围至少为10mm，最大可达1m，甚至更大，因此，直接使用光纤光栅来制作位移计是不行的，必须将工程现场所需的位移测量范围通过一定的结构线性的缩小为一个与光纤光栅能够承受的形变量匹配的范围，才能满足工程实用化的要求。现有技术主要是采用等强度梁方式，即将待测位移首先通过一定的机械结构转化为等强度梁自由端的位移，从而引起粘接在等强度梁表面的光纤光栅的形变，进而通过测量光纤光栅反射波长的移动量来实现待测位移的测量。例如：中国专利“光纤光栅位移计”(专利号：ZL 200820079182.6)利用钢丝绳和定滑轮巧妙实现了待测位移与等强度梁自由端位移的转换。此外，中国专利：“光纤光栅位移计”(专利号：ZL 200620021099.4)在弹簧和等强度梁之间通过换向件连接在一起，可以使弹簧所受的拉力通过换向件转换成等强度梁顶端的压力。上述两种方案都需要一个机械传动件(分别为定滑轮和换向件)和一个等强度梁来实现待测位移和光纤光栅所受应变之间的转换，导致其结构较为繁琐，探杆与敏感元件无法在一条直线上，使其重复性指标难以提高，影响仪器的稳定性和可靠性。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种直线式光纤光栅位移计，所述的这种光纤光栅直线式位移计要解决现有技术中光纤光栅位移计结构较为繁琐、长期稳定性和可靠性不理想等技术问题。

本发明的这种直线式光纤光栅位移计由一个保护筒、一个光纤光栅、一个膜片固定筒、一个硬芯膜片、一个探杆导向筒、两个O型圈、一个探杆、一个弹簧和一个铠装光缆组成。其中，所述的硬芯膜片是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其周边密封固定在所述的膜片固定筒上，膜片其中一侧的硬芯为膜片光纤固定点，用于固定所述光纤光栅一端的尾纤，而膜片的另一侧硬芯为所述弹簧的固定点，用于膜片与所述的弹簧的连接。

进一步的，经预拉伸后，将所述的光纤光栅另一端的尾纤固定在所述的膜片固定筒上的光纤固定处。

进一步的，所述的弹簧一端与硬芯膜片连接在一起，另一端与探杆连接在一起。

进一步的，所述的保护筒和所述的探杆导向筒分别通过螺纹与所述的膜片固定筒装配在一起。

进一步的，所述的尾纤利用所述的铠装光缆保护，并利用密封胶进行密封。

进一步的，所述的硬芯膜片，既可以是平膜片，也可以是波纹膜片，同样也可以是波纹管、膜盒等弹性元件。

进一步的，所述的光纤光栅也可以是光纤F-P腔或者钢弦。

本发明的工作原理是：将所述的这种直线式光纤光栅位移计与探杆的端头分别安装在两个存在相对位移的待测物体上，这样，待测位移就转换为探杆与膜片之间的相对位移，即弹簧的伸缩量，也就转换为弹簧施加在硬芯膜片上的拉力的变化，进而引起膜片硬芯的微位移，使光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的反射波长的移动，通过探测光纤光栅的反射波长的移动量，即可检测到待测位移的变化信息。

本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明将光纤光栅和与探杆连接在一起的弹簧分别固定在硬芯膜片的两侧，并都在硬芯膜片的中心轴线上，利用弹簧和硬芯膜片将较大的待测位移缩小为光纤光栅可以承受的微位移，进而实现待测位移的测量。本发明没有可转动的转换部件，结构简单，稳定性和可靠性好。

附图说明：

图1是本发明的直线式光纤光栅位移计的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

如图1所示，本发明的直线式光纤光栅位移计，由一个保护筒1、一个尾纤2、一个光纤光栅3、一个膜片固定筒4、一个硬芯膜片5、一个弹簧6、一个探杆导向筒7、两个O型圈8、一个探杆9和一个铠装光缆14构成。其中，所述的硬芯膜片5是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其周边利用现有技术密封固定在所述的膜片固定筒4上，所述的硬芯膜片5其中一侧的硬芯为光纤固定处11，用于固定所述的光纤光栅3一端的尾纤，而所述的硬芯膜片5的另一侧硬芯为弹簧固定处10，用于与所述的弹簧6的连接。

进一步的，经预拉后所述的光纤光栅3另一端的尾纤固定在膜片固定筒4上的光纤固定处12。

进一步的，所述的弹簧6一端与硬芯膜片5连接在一起，另一端与探杆9连接在一起。

进一步的，所述的保护筒1和探杆导向筒7分别通过螺纹与膜片固定筒4装配在一起。

进一步的，所述的尾纤2利用铠装光缆14保护，并利用密封胶13进行密封。

进一步的，所述的硬芯膜片5，既可以是平膜片，也可以是波纹膜片，同样也可以是波纹管、膜盒等弹性元件。

进一步的，所述的光纤光栅3也可以是光纤F-P腔或者钢弦。

本发明的实施例的工作过程是：将这种直线式光纤光栅位移计与探杆9的端头分别安装在两个存在相对位移的待测物体上，这样，待测位移就转换为探杆9与硬芯膜片5之间的相对位移，即弹簧6的伸缩量，也就转换为弹簧6施加在硬芯膜片5上的拉力的变化，进而引起其硬芯的微位移，使光纤光栅3受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅3的反射波长的移动，通过探测光纤光栅3的反射波长的移动量，即可检测到待测位移的变化信息。

具体的，本实施例的制作过程是：

1)先将光纤光栅3的一端尾纤利用现有技术固定在硬芯膜片5上的光纤固定处11；

2)将硬芯膜片5的周边固定在膜片固定筒4上，并进行密封测试；

3)将光纤光栅3稍微拉伸，利用现有技术将光纤光栅3的这一端的尾纤固定在膜片固定筒4上的光纤固定处12；

4)将保护筒1通过螺纹与膜片固定筒4进行密封性连接；

5)光纤光栅3的尾纤2用铠装光缆14保护，并用密封胶13做好与保护筒1之间的密封措施；

6)将弹簧6的一端与硬芯膜片5的弹簧连接处10连接在一起，另一端与探杆连9接在一起；

7)将两个O型圈8装卡到探杆导向筒7的凹槽中；

8)将探杆导向筒7通过螺纹与膜片固定筒4进行密封性连接。

硬芯膜片的材质可以为不锈钢、青铜的一种或其它良好的弹性材料。硬芯膜片既可以是平膜片，也可以是波纹膜片，同样也可以是波纹管、膜盒等弹性元件。

Claims

1.一种直线式光纤光栅位移计，一个保护筒、一个光纤光栅、一个膜片固定筒、一个硬芯膜片、一个弹簧、一个探杆导向筒、两个O型圈、一个探杆和一个铠装光缆构成，其特征在于：所述的硬芯膜片两侧分别设置有光纤固定处和弹簧连接处，其周边利用现有技术密封固定在所述的膜片固定筒上；将所述的光纤光栅一端固定在硬芯膜片的光纤固定处，另一端固定在所述的膜片固定筒的光纤固定处，而将所述的弹簧一端连接在硬芯膜片上的弹簧连接处，另一端连接在所述的探杆上。

2.如权利要求1所述的直线式光纤光栅位移计，其特征在于：探杆、弹簧、敏感元件光纤光栅都在硬芯膜片的中心轴线上。

3.如权利要求1所述的直线式光纤光栅位移计，其特征在于：所述的保护筒和探杆导向筒分别通过螺纹与膜片固定筒连接在一起，而所述的光纤光栅尾纤用铠装光缆保护，并采取密封措施。

4.如权利要求1所述的直线式光纤光栅位移计，其特征在于：所述的硬芯膜片5，既可以是平膜片，也可以是波纹膜片，同样也可以是波纹管、膜盒等弹性元件。

5.如权利要求1所述的直线式光纤光栅位移计，其特征在于：所述的光纤光栅也可以是光纤F-P腔、或者钢弦。