CN102620869A - 一种光纤光栅拉力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤光栅拉力传感器，由一个弹性传感基体、一个左挡板、两个“O”型圈、一个温补光纤光栅、一个保护筒、两个应变光纤光栅、一个右挡板、一个铠装光缆、一个光缆接头、一个金属软管构成。施加在弹性传感基体上两侧的拉力使其中部的弹性体产生轴向形变，进而使应变光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起了应变光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测应变光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测拉力的变化信息。该传感器结构简单、不受电磁干扰、现场无需供电、稳定性和可靠性高，尤其适合在电磁干扰强度大、环境恶劣的野外环境中应用。
Description
技术领域：
本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种光纤光栅拉力传感器。
背景技术：
目前，常用的拉力传感器多为电阻应变式拉力传感器，虽然具有结构简单、测量范围广、成本低等许多优点，但是也具有一定的局限性，例如：抗电磁干扰能力和抗雷击能力较差、传输距离不远、需要现场供电、长期稳定性和可靠性不好等。这些都使电阻应变式拉力传感器在许多工程领域中应用受到诸多限制，例如在架空高压输电线拉力监测领域中，现场面临强电磁干扰环境、没有电力供应、长期处于湿热循环的等恶劣环境中会使电阻应变片的使用寿命缩短等诸多不利因素。
近十几年来，由于光纤光栅传感技术的快速发展，更由于光纤光栅具有不受电磁干扰影响、现场无需供电、能在易燃易爆环境中应用、长期可靠性和稳定性好等诸多优点，在拉力测量领域中越来越受到科技工作者的重视。
发明内容：
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于光纤光栅传感技术的新型拉力传感器，来解决现有技术中抗电磁干扰能力较差、现场供电难、长期稳定性和可靠性不理想等技术问题。
本发明发布的这种光纤光栅拉力传感器，由一个弹性传感基体、一个左挡板、两个“O”型圈、一个温补光纤光栅、一个保护筒、两个应变光纤光栅、一个右挡板、一个铠装光缆、一个光缆接头、一个金属软管构成。其中，所述的弹性传感基体是由弹性金属材料通过精密机械加工而成的，是由左安装孔、左装配螺纹、弹性杆、右装配螺纹、右安装孔五部分组成。所述的左安装孔和所述的右安装孔用于与现有U型金具配合，给所述的弹性杆施加拉力；所述的左装配螺纹和所述的右装配螺纹分别与所述的左挡板和所述的右挡板进行螺纹装配；所述的弹性杆两个对称的侧面用于粘接或者焊接所述的应变光纤光栅，由所述的弹性杆感知外界拉力，产生相应的形变，并传递给所述的应变光纤光栅。
本发明的光纤光栅拉力传感器制作的基本操作步骤如下：1)将所述的两个应变光纤光栅采用环氧树脂胶粘或者锡焊焊接方式等现有技术沿轴向对称固定在所述的弹性杆两侧；2)将所述的铠装光缆处理好，露出一段光纤，并将其穿过所述的光缆接头的中心孔，密封固定好；3)将所述的铠装光缆穿到所述的不锈钢软管中，并将所述的不锈钢软管与所述的光缆接头密封固定好；4)将所述的“O”型圈分别套入所述的左挡板和所述的右挡板相应的环形槽中；5)将所述的右挡板通过所述的右装配螺纹安装在所述的弹性传感基体上，并在螺纹处点密封胶，做密封处理；6)将带有铠装光缆的所述的光缆接头通过螺纹安装在所述的右挡板上，并利用密封胶进行密封；7)将所述的两个应变光纤光栅和所述的温补光纤光栅的尾纤依次通过光纤熔接机连接在一起，并将所述的应变光纤光栅的尾纤与所述的铠装光缆露出的光纤用光纤熔接机连接在一起；8)将所述的温补光纤光栅固定好，用胶固定好；9)将所述的保护筒套在所述的右挡板上；10)将所述的左挡板通过所述的左装配螺纹安装在所述的弹性传感基体上，并用所述的保护筒配合好。
进一步的，所述的弹性传感基体的材质可以为不锈钢、或者碳钢、或者青铜、或者其它良好的弹性材料的一种。
进一步的，所述的弹性杆的横截面可以是圆形、或者正方形、或者长方形、或者多边形的一种。
进一步的，所述的应变光纤光栅的功能是感知所述的弹性杆所受外界拉力作用下产生的形变，其数量可以是一支、或者两支、或者多支均布。本发明采用了两个应变光纤光栅对称布置的方式是为了消除或者减小因拉力偏心导致的测量误差，也可以采用三支或者三支以上的所述的应变光纤光栅沿所述的弹性杆轴向进行均布。
进一步的，所述的温补光纤光栅的功能是测量传感器周围的环境温度变化，为补偿因环境温度变化而引起的所述的应变光纤光栅的波长变化提供温度变化的信息。
本发明的基本工作原理是：施加在所述的弹性传感基体上两侧的拉力使所述的弹性杆产生轴向形变，进而使所述的应变光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起了所述的应变光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的应变光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测拉力的变化信息。
本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用光纤光栅来代替电阻应变片，现场无需供电、不受电磁干扰和雷击影响，大大提高了传感器的长期稳定性和可靠性，使其适合在电磁干扰强度大、环境恶劣的野外环境中应用。
附图说明：
图1是本发明的光纤光栅拉力传感器的结构示意图。
图2是本发明的光纤光栅拉力传感器的俯视图。
图3是本发明的弹性传感基体的结构示意图。
图中，1-弹性传感基体；2-左挡板；3-“O”型圈；4-温补光纤光栅；5-保护筒；6-应变光纤光栅；7-右挡板；8-铠装光缆；9-光缆接头；10-不锈钢软管；11-左安装孔；12-左装配螺纹；13-弹性杆；14-右装配螺纹；15-右安装孔。
具体实施方式：
实施例1：
下面结合附图1、附图2和附图3对本发明具体实施作详细说明：
本发明所述的光纤光栅拉力传感器，由一个弹性传感基体1、一个左挡板2、两个“O”型圈3、一个温补光纤光栅4、一个保护筒5、两个应变光纤光栅6、一个右挡板7、一个铠装光缆8、一个光缆接头9、一个金属软管10构成。其中，所述的弹性传感基体1是由弹性金属材料通过精密机械加工而成的，是由左安装孔11、左装配螺纹12、弹性杆13、右装配螺纹14、右安装孔15五部分组成。所述的左安装孔11和所述的右安装孔15用于与现有U型金具配合，给所述的弹性杆13施加拉力；所述的左装配螺纹12和所述的右装配螺纹14分别与所述的左挡板2和所述的右挡板7进行螺纹装配；所述的弹性杆13两个对称的侧面用于粘接或者焊接所述的应变光纤光栅6，由所述的弹性杆13感知外界拉力，产生相应的形变，并传递给所述的应变光纤光栅6。
具体地，本实施例的制作过程是：
1)将所述的两个应变光纤光栅6采用环氧树脂胶粘或者锡焊焊接方式等现有技术沿轴向对称固定在所述的弹性杆13的两个侧面上；
2)将所述的铠装光缆8处理好，露出一段光纤，并将其穿过所述的光缆接头9的中心孔，密封固定好；
3)将所述的铠装光缆8穿到所述的不锈钢软管10中，并将所述的不锈钢软管10与所述的光缆接头9密封固定好；
4)将所述的两个“O”型圈3分别套入所述的左挡板2和所述的右挡板7相应的环形槽中；
5)将所述的右挡板7安装在所述的右装配螺纹14上，并在螺纹处点密封胶，做密封处理；
6)将带有所述的铠装光缆8的所述的光缆接头9通过螺纹安装在所述的右挡板7上，并利用密封胶进行密封；
7)将所述的两个应变光纤光栅6和所述的温补光纤光栅4的尾纤通过光纤熔接机连接在一起，并将所述的应变光纤光栅6的剩余尾纤与所述的铠装光缆8露出的光纤用光纤熔接机连接在一起；
8)将所述的温补光纤光栅4固定好，并将所有尾纤固定保护好；
9)将所述的保护筒5套在所述的右挡板7上；
10)将所述的左挡板2安装在所述的左装配螺纹12上，并用所述的保护筒5配合好。
本发明的实施例的工作过程是：本发明所述的光纤光栅拉力传感器通过将现有U型金具安装在所述的左安装孔11和所述的右安装孔15上，给所述的弹性杆13施加拉力，使之产生相应的形变，进而使所述的两个应变光纤光栅6受到拉伸或者压缩，从而引起所述的应变光纤光栅6的中心反射波长的移动，通过探测所述的应变光纤光栅6的中心反射波长的移动量，即可检测到所受拉力的变化信息。
Claims (4)
1.本发明公开的光纤光栅拉力传感器，由一个弹性传感基体、一个左挡板、两个“O”型圈、一个温补光纤光栅、一个保护筒、两个应变光纤光栅、一个右挡板、一个铠装光缆、一个光缆接头、一个金属软管组成，其特征在于：
所述的弹性传感基体是由左安装孔、左装配螺纹、弹性杆、右装配螺纹、右安装孔五部分组成；
所述的两个应变光纤光栅通过现有技术固定在所述的弹性杆的两侧，所述的弹性传感基体受到外界拉力后，由所述的弹性杆感知外界拉力，产生相应的形变，并传递给所述的两个应变光纤光栅；
所述的左挡板和所述的右挡板分别通过所述的左装配螺纹和所述的右装配螺纹装配到所述的弹性传感基体上，而所述的保护筒与所述的左挡板和所述的右挡板装配到一起，并由所述的“O”型圈进行密封；
所述的两个应变光纤光栅、所述的温补光纤光栅、所述的铠装光缆的尾纤利用光纤熔接机熔接在一起，并固定保护好；
所述的铠装光缆与所述的光缆接头进行密封连接，由所述的不锈钢软管进行保护，并通过螺纹安装在所述的右挡板上。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其进一步特征在于：所述的弹性传感基体的材质可以为不锈钢、或者碳钢、或者青铜、或者其它良好的弹性材料的一种。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其进一步特征在于：所述的弹性杆的横截面可以是圆形、或者正方形、或者长方形、或者多边形的一种。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅拉力传感器，其进一步特征在于：所述的应变光纤光栅的功能是感知所述的弹性杆所受外界拉力作用下产生的形变，其数量可以是一支、或者两支、或者多支均布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI B + A SENSOR TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: ZHAO ENGUO Effective date: 20130503 Free format text: FORMER OWNER: ZHONG SHAOLONG Effective date: 20130503 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100192 HAIDIAN, BEIJING TO: 201210 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130503 Address after: 201210 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang hi tech Park 150 Cailun Road No. 4 Building 4 floor Applicant after: SHANGHAI B&A SENSOR CO.,LTD. Address before: 3-1506, 100192, Longgang Road, Beijing, Haidian District, 12 middle of Qing Dynasty Applicant before: Zhao Enguo Applicant before: Zhong Shaolong |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Towing force sensor for fiber bragg grating Effective date of registration: 20140811 Granted publication date: 20140423 Pledgee: Pudong New Area Shanghai Zhangjiang microfinance Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANGHAI B&A SENSOR CO.,LTD. Registration number: 2014310000059 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20201106 Granted publication date: 20140423 Pledgee: Pudong New Area Shanghai Zhangjiang microfinance Limited by Share Ltd. Pledgor: SHANGHAI B&A SENSOR Co.,Ltd. Registration number: 2014310000059 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A fiber grating tension sensor Effective date of registration: 20220824 Granted publication date: 20140423 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Shanghai Branch Pledgor: SHANGHAI B&A SENSOR CO.,LTD. Registration number: Y2022310000197 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230829 Granted publication date: 20140423 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Shanghai Branch Pledgor: SHANGHAI B&A SENSOR CO.,LTD. Registration number: Y2022310000197 |