CN109282933A - 一种增敏型温度自补偿测力环传感器 - Google Patents

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邓年春
王晓琳
李东平
杨赓
彭渝舒
覃华桥
李颢旭
周情波
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LIUZHOU OVM STRUCTURE INSPECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Guangxi University
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LIUZHOU OVM STRUCTURE INSPECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Guangxi University
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G01L5/105—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means using electro-optical means

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Abstract

本发明提供一种增敏型温度自补偿测力环传感器，包括增敏型温度自补偿传感器、环形弹性体，所述增敏型温度自补偿传感器包括阶梯弹片和光纤光栅传感器，所述阶梯弹片包括固定端及自由端，由固定端向自由端形成阶梯，所述环形弹性体沿环向等间隔纵向相对设置多组上压杆座和弹片座，所述上压杆座设置压杆，上压杆座用来固定压杆上端，所述弹片座用来固定阶梯弹片的固定端，所述压杆下端抵在阶梯弹片片的自由端。在阶梯弹片固定端粘贴应力应变传感器，在相同位移下，相对等截面悬臂梁，阶梯弹片应力应变测量更灵敏，本发明测量灵敏，精度高。

Description

一种增敏型温度自补偿测力环传感器
技术领域
本发明涉及基于传感技术的拉力测量工具技术领域，尤其涉及一种适用于缆索监测与检测的增敏型温度自补偿测力环传感器。
背景技术
传统的测力环传感器受温度影响较大，特别是光纤光栅测力环传感器，而采用补偿系数法进行温度补偿不太理想；另一方面敏感元件的测量量程固定,而弹性体为了结构安全需要取足够大的安全系数，这样一来，只利用了敏感元件的少部分量程，它的量程和灵敏度没有完全发挥，测量误差相对大。
公开(公告)号为CN203163914U的中国专利公开了一种能实现温度自补偿的光纤光栅差动式测力环，该发明中悬臂梁为等截面梁，因为悬臂梁容易变形,由弹性体的变形,引起悬臂梁的随动变形而产生的悬臂梁根部的应力很小，即引起粘贴于悬臂梁根部的光纤光栅的波长变化小，测量不准确，需要增敏；缩短悬臂长度或增加弹性梁高度，可增加悬臂梁根部应力，即增加传感器的敏感度,但光纤光栅的敏感片有一定长度，即1cm，不能缩太短；如增加弹性梁高度，将会需要支座块更大的强度才能保证高弹性梁变形。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术在检测缆索时光纤光栅的敏感度不高的缺陷，提供一种增敏型温度自补偿测力环传感器。该增敏型温度自补偿测力环传感器通过设计阶梯弹性片，悬臂梁容易变形,由弹性体的变形引起悬臂梁的随动变形而产生的悬臂梁根部的应力小,导致粘贴于悬臂梁根部的光纤光栅的波长变化小，测量不准确,需要增敏；缩短悬臂长度或增加弹性梁高度，可增加悬臂梁根部应力，即增加传感器的敏感度，但光纤光栅的敏感片有一定长度，即1cm，不能缩太短；如增加弹性梁高度，将会需要支座块更大的强度才能保证高弹性梁变形。
本发明的解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种增敏型温度自补偿测力环传感器，包括增敏型温度自补偿传感器、环形弹性体7，所述增敏型温度自补偿传感器包括阶梯弹片1和光纤光栅传感器2，所述阶梯弹片1包括固定端及自由端，由固定端向自由端形成阶梯，所述光纤光栅传感器2固定在阶梯弹片1的固定端上下表面上，所述环形弹性体7沿环向等间隔纵向相对设置3组的上压杆座3和弹片座4，所述上压杆座3设置压杆6，所述弹片座4用来固定阶梯弹片1的固定端。
优选的，所述压杆6上端固定在上压杆座3，压杆6下端抵在阶梯弹片1的自由端。
优选的，所述光纤光栅传感器2布设在所述阶梯弹片1固定端上下表面上。
优选的，所述述阶梯弹片1固定端上下表面分别设置凹槽，所述光纤光栅传感器2布设于所述凹槽内。
本发明具有以下有益效果：
1、阶梯弹片与等截面悬臂梁相比，端部产生同等大小位移值时，在弹片同位置而言，阶梯弹片应力应变值比等截面悬臂梁的应力应变值大，阶梯弹片应力应变敏感度更大。在阶梯弹片固定端粘贴应力应变传感器，在相同位移下，相对等截面悬臂梁，阶梯弹片应力应变测量更灵敏。
2、阶梯弹片从自由端向固定端面积由大至小，在固定端上下表面上粘贴传感器，形成增敏型温度自补偿传感器，测量更灵敏，精度高。
3、增敏型温度自补偿传感器布设在环形弹性体环向形成增敏型温度自补偿测力环传感器，测量灵敏，精度高。
附图说明
图1是本发明增敏型温度自补偿测力环传感器结构示意图。
图2是本发明增敏型温度自补偿测力环传感器的阶梯弹片主视图。
图3是本发明增敏型温度自补偿测力环传感器的阶梯弹片俯视图
图中：1-阶梯弹片，2-光纤光栅传感器，3-上压杆座，4-弹片座，5-螺栓，6-压杆，7-环形弹性体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的较佳实施例中，增敏型温度自补偿测力环传感器，如图1-图3所示，包括增敏型温度自补偿传感器、环形弹性体7，所述增敏型温度自补偿传感器包括阶梯弹片1和光纤光栅传感器2，所述阶梯弹片1包括固定端及自由端，由固定端向自由端形成阶梯，所述光纤光栅传感器2固定在阶梯弹片1的固定端上下表面上，所述环形弹性体7沿环向等间隔纵向相对设置3组的上压杆座3和弹片座4，所述上压杆座3设置压杆6，所述弹片座4用来固定阶梯弹片1的固定端，所述压杆6上端固定在上压杆座3，压杆6下端抵在阶梯弹片1的自由端。在本实施例中，利用螺栓5将上压杆座3和弹片座4固定在环形弹性体7上，但不限于该方式，可以是焊接、销等其它固定方式。
所述阶梯弹片1固定端上下表面上设有凹槽，光纤光栅传感器2布设于上下凹槽内，组成一对差动式光纤光栅。其测量值因上下应力的不同会产生差值，利用测量值相减形成增敏型温度自补偿传感器。光纤光栅传感的基本原理是：当光栅周围温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而产生光纤光栅信号的波长偏移，测出波长偏移量，即可获得待测物理量的变化情况。
所述光纤光栅传感器2可串联在同一根光纤上。
增敏型温度自补偿传感器的原理是利用光纤光栅传感器2粘贴在所述阶梯弹片1固定端上下表面上，其测量值因上下应力的不同会产生差值，利用测量值相减形成增敏型温度自补偿传感器。
将增敏型温度自补偿传感器，对称布设在环形弹性体的四周，形成增敏型温度自补偿测力环传感器，其分布的最大配置数可根据量程需求及精度进行调整。
本实施例中，采用阶梯弹片结构相对于等截面悬臂梁在端部产生同等大小位移值时，等截面悬臂梁同位置而言，阶梯弹片小面积处的应力应变值比等截面悬臂梁的应力应变值大，应力应变敏感度更大，在阶梯弹片小面积上下表面粘贴应力应变传感器，在一系列的相同位移下，相对等截面悬臂梁，阶梯弹片的应力应变测量更灵敏。

Claims (4)

1.一种增敏型温度自补偿测力环传感器，其特征在于，包括增敏型温度自补偿传感器、环形弹性体(7)，所述增敏型温度自补偿传感器包括阶梯弹片(1)和光纤光栅传感器(2)，所述阶梯弹片(1)包括固定端及自由端，由固定端向自由端形成阶梯，所述光纤光栅传感器(2)固定在阶梯弹片(1)的固定端上下表面上，所述环形弹性体(7)沿环向等间隔纵向相对设置至少两组的上压杆座(3)和弹片座(4)，所述上压杆座(3)设置压杆(6)，所述弹片座(4)固定阶梯弹片(1)的固定端。
2.根据权利要求1所述的增敏型温度自补偿测力环传感器，其特征在于，所述压杆(6)上端固定在上压杆座(3)，压杆(6)下端抵在阶梯弹片(1)的自由端。
3.根据权利要求1所述的增敏型温度自补偿测力环传感器，其特征在于，所述阶梯弹片(1)固定端上下表面设有凹槽，所述光纤光栅传感器(2)布设在所述凹槽内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的增敏型温度自补偿测力环传感器，其特征在于，所述增敏型温度自补偿传感器是呈对称式布设在环形弹性体(7)的环周上。
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