CN104197843A - 一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计。所述光纤光栅位移计的等强度梁尾端通过等强度梁固定底座固定于壳体，粘贴于等强度梁正反两面的光纤光栅经壳体后引入铠装光缆，通过光缆密封接口将铠装光缆固定于壳体，保护光纤；等强度梁受力端与内钢丝绳一端连接，内钢丝绳另一端与位移弹簧连接，位移弹簧与外钢丝绳连接，外钢丝绳上有限位装置，由固定于壳体的拉线管引出。本发明具有精度高、稳定性好的优点。

Description

一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计

技术领域：

本发明属于光纤传感领域，涉及一种光纤光栅位移计。

技术背景

在土木工程、边坡等工程领域，结构健康监测对于工程的长期运行具有至关重要的意义，目前，建筑结构的位移变形常采用的量具是电子式传感器，由于电子传感器自身存在抗雷击性能差、抗电磁干扰性能差、测量距离较近的缺陷，故造成了可靠性差、测量范围小、测量精度不高的问题。

1978年K.O.Hill等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成第一只光纤光栅，经过三十多年来的发展，在光纤通信、光纤传感等领域均有广阔的应用。而现有的一些光纤光栅传感器往往重复性差，设计结构复杂，不利用产品应用。

国内有宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司[专利申请号200810061898.8]等做了相关的探索，该专利方案机械连接较多，力的转化复杂，摩擦大，导致但是根据该专利设计的产品有一定的局限性，测量的重复性低，测量精度很难达到实际的需求。

为解决光纤光栅位移计精度低缺点，本发明采用弹簧和等强度梁结合的方法，将位移引起的力加载于等强度梁，无需过多转化，大大提升位移计的测量精度，实现了0.1％FS的测量精度，0.025％FS的测量分辨率。

发明内容

本发明目的就是为了克服现有技术中光纤光栅位移计测量精度低的问题，提供了一种稳定而准确的光纤光栅位移计。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案：所述的光纤光栅位移计包括刻有两个光纤光栅的光纤、壳体、等强度梁及等强度梁固定底座、等强度梁固定螺丝、位移弹簧、拉线管、拉线管固定螺帽、限位装置、内钢丝绳、外钢丝绳、光缆、光缆密封接口等部分组成。等强度梁尾端通过等强度梁固定底座固定于壳体，粘贴于等强度梁正反两面的光纤光栅经壳体后引入铠装光缆，通过光缆密封接口将铠装光缆固定于壳体，保护光纤；等强度梁受力端与内钢丝绳一端连接，内钢丝绳另一端与位移弹簧连接，位移弹簧与外钢丝绳连接，外钢丝绳上有限位装置，由固定于壳体的拉线管引出。

进一步地，内钢丝绳一端有凸起，凸起尺寸大于等强度梁受力端通孔。

进一步地，内钢丝绳一端的凸起可以使压接在内钢丝绳上的铝扣。

进一步地，等强度梁受力端与内钢丝绳一端的凸起之间有中空钢球，中空钢球串在内钢丝绳上，等强度梁受力时，中空钢球一部分嵌入到等强度梁的受力端的通孔内，受力时中空钢球发生旋转，因而不改变等强度梁的受力方向，大大有利于提高精度。

进一步地，壳体可以通过胶粘、焊接或螺纹固定的方式固定于待测物。

进一步地，等强度梁两端的中轴线上有光纤粗细的凹槽，具有定位光纤光栅的作用，确保光纤光栅粘在等强度梁中轴线上。

该发明的工作原理为：当位移发生时，引起弹簧长度改变，从而引起等强度梁的拉力增大或减小，等强度梁挠度改变，导致粘贴与等强度梁正反两面的光纤光栅波长漂移，可通过波长变化量反求位移该变量，若将两个光栅波长变化量相减，即实现了传感器的灵敏度加倍，又实现了温度自补偿。

本发明所具有的有益效果为：

1、光纤光栅双面粘贴于悬臂梁上下两面，实现温度自补偿；

2、等强度梁中轴线上有光纤粗细的凹槽，确保光纤光栅粘在等强度梁中轴线上，有利于制作；

3、所述的中空钢球，可以在等强度梁的通孔内转动，使等强度梁弯曲时，受力方向不变，有利于提高精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，101：壳体；102：外钢丝绳；103：拉线管；104：限位装置，105：位移弹簧；106、117：拉线管固定螺帽；107：位移计固定孔108：等强度梁固定底座；109：等强度梁固定螺丝，110：光缆密封接口；111：光缆；112：内钢丝绳；113、114：光纤光栅；115：等强度梁；116：内钢丝绳一端凸起。

图2为本发明的等强度梁示意图，图2中202：等强度梁固定孔；203：等强度梁中轴线上的凹槽；204：等强度梁受力端通孔；205：光纤。

图3为本发明图等强度梁受力端与内钢丝绳连接图，图中301：中空钢球。

具体实施方案

下面结合附图对本发明进一步描述，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例，使本发明的优点变得更加清楚和容易理解。

如图1、图2和图3所示，利用等强度梁固定螺丝109将等强度梁115尾端通过等强度梁固定底座108固定于壳体101，粘贴于等强度梁115正反两面的光纤光栅113和114经壳体101后引入铠装光缆111，铠装光缆111由光缆密封接口110固定于壳体101，保护光纤205；等强度梁115受力端与内钢丝绳112一端连接，钢丝绳112一端有凸起116，等强度梁115利凸起116之间有中空钢球301，内钢丝绳112另一端与位移弹簧105连接，位移弹簧105与外钢丝绳102连接，外钢丝绳102有限位装置104，经由螺帽106和117固定于壳体101的拉线管103引出。

进一步地，通过孔107将壳体固定于待测物。

进一步地，等强度梁115中轴线上有光纤粗细的凹槽203，确保光纤光栅粘在等强度梁中轴线上。

按本实施例制作的光纤光栅位移计的量程为50mm的位移计，分辨率为0.01mm，精度达0.05mm。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计，其特征在于：所述的光纤光栅位移计包括刻有两个光纤光栅的光纤、壳体、等强度梁及等强度梁固定底座、等强度梁固定螺丝、位移弹簧、拉线管、拉线管固定螺帽、限位装置、内钢丝绳、外钢丝绳、光缆、光缆密封接口等部分组成；等强度梁尾端通过等强度梁固定底座固定于壳体，粘贴于等强度梁正反两面的光纤光栅经壳体后引入铠装光缆，通过光缆密封接口将铠装光缆固定于壳体，保护光纤；等强度梁受力端与内钢丝绳一端连接，内钢丝绳另一端与位移弹簧连接，位移弹簧与外钢丝绳连接，外钢丝绳上有限位装置，由固定于壳体的拉线管引出。

2.如权利要求1所述的一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计，其特征是内钢丝绳一端有尺寸大于等强度梁受力端通孔的凸起。

3.如权利要求1所述的一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计，其特征是等强度梁受力端与内钢丝绳一端的凸起之间有中空钢球，受力时中空钢球发生转动，不改变等强度梁的受力方向，有利于提高测量精度。

4.如权利要求1所述的一种基于弹簧和等强度梁的光纤光栅位移计，其特征是等强度梁两端的中轴线上有光纤粗细的凹槽，具有定位光纤光栅的作用，确保光纤光栅粘在等强度梁中轴线上。