CN110542385B - 一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，包括具有安装内腔的传感器外壳、位移测量传导杆、梁固定支座和位于所述梁固定支座两侧并对称设置的光纤光栅位移传感部分，所述梁固定支座、光纤光栅位移传感部分均位于所述传感器外壳的安装内腔之内，单侧的所述光纤光栅位移传感部分主要由相互验证并用于测量结果校验的等位移弹簧变形光纤光栅测量部分和等强度梁弯曲光纤光栅测量部分组成，所述位移测量传导杆的测量位移量转换为所测物理量，所述所测物理量为等位移弹簧变形物理量和等强度梁弯曲变形物理量。本发明的有益效果：可以实现大量程的位移测量功能，测量结果更为准确和真实。
Description
技术领域
本发明涉及传感器，尤其涉及一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器。
背景技术
近年来，光纤光栅传感器的研究与应用引起了广泛的关注，相比较传统的传感测量技术，光纤光栅传感技术具有很多明显的优点。比如光纤光栅具有结构形式灵活，耐高温，耐腐蚀，抗电磁干扰能力强，体积小，质量轻等特点，并被广泛应用于压力，变形，位移，流量，体积，流速等多种物理量测量。
目前，位移传感器的设计与加工方法相对较为落后，位移的测量精度，响应时间，测量误差等，都不能满足工程监测的要求。由于裸光纤光栅传感单元非常纤细，而且其应力与温度灵敏度的系数都极小，不能直接用于位移，温度，压力等实际物理量的测量，所以需要根据测量环境以及所测物理量将光纤光栅传感单元进行设计和封装，加工成可以满足测量要求的光纤光栅传感器。同时，现有的位移光纤光栅传感器已有初步的研究成果，但是现有的测量位移的光纤光栅传感器的测试效果都有待提高，在位移准确性，精度，滞后时间等方面均不理想。因此，有必要研发一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，高效，快速地测量到位移真实值，并可以测量工程中出现的大位移等。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器。
本发明提供了一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，包括具有安装内腔的传感器外壳、位移测量传导杆、梁固定支座和位于所述梁固定支座两侧并对称设置的光纤光栅位移传感部分，所述梁固定支座、光纤光栅位移传感部分均位于所述传感器外壳的安装内腔之内，单侧的所述光纤光栅位移传感部分主要由相互验证并用于测量结果校验的等位移弹簧变形光纤光栅测量部分和等强度梁弯曲光纤光栅测量部分组成，所述位移测量传导杆与所述传感器外壳为移动副，所述位移测量传导杆从外界穿入所述传感器外壳的安装内腔并分别与所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分、等强度梁弯曲光纤光栅测量部分连接，所述位移测量传导杆的测量位移量转换为所测物理量，所述所测物理量为所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分的等位移弹簧变形物理量和所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分的等强度梁弯曲变形物理量。
作为本发明的进一步改进，所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分包括弹簧部光纤光栅测量单元、张拉弹簧挡块和等位移弹簧，所述位移测量传导杆与所述张拉弹簧挡块连接，所述张拉弹簧挡块与所述等位移弹簧的一端连接，所述等位移弹簧的另一端与所述传感器外壳连接，所述弹簧部光纤光栅测量单元设置在所述等位移弹簧的中部，所述位移测量传导杆将发生的位移通过所述张拉弹簧挡块传递到所述等位移弹簧上，所述弹簧部光纤光栅测量单元用于测量所述等位移弹簧对应发生位移所产生的应力。
作为本发明的进一步改进，所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分包括楔形块、等强度梁、光滑导轨和等强度梁光纤光栅测量单元，所述位移测量传导杆与所述楔形块连接，所述光滑导轨设置在所述传感器外壳的安装内腔，所述楔形块上设有斜面，所述斜面分别与所述光滑导轨、等强度梁的一端滑动或者滚动连接，所述等强度梁的另一端与所述梁固定支座固定连接，所述等强度梁光纤光栅测量单元设置在所述等强度梁的中部，发生位移时，所述位移测量传导杆带动所述楔形块沿所述等强度梁的轴线方向移动，所述等强度梁的端部受到所述楔形块的斜面的压迫而发生弯曲，所述等强度梁光纤光栅测量单元用于测量所述等强度梁对应发生弯曲所产生的应力。
作为本发明的进一步改进，所述楔形块的斜面的延长线与所述位移测量传导杆的轴线之间的夹角为锐角。
作为本发明的进一步改进，所述楔形块的斜面的底部设有楔形块移动轮，所述楔形块移动轮位于所述光滑导轨上，所述等强度梁的一端连接有滑轮，所述滑轮与所述楔形块的斜面接触。
作为本发明的进一步改进，所述楔形块为直角梯形状。
作为本发明的进一步改进，所述等强度梁没有发生弯曲变形时的轴线方向与所述位移测量传导杆的轴线相平行。
作为本发明的进一步改进，所述传感器外壳上设有供所述位移测量传导杆穿入的过孔，所述过孔上设有松套筒，所述位移测量传导杆穿过所述松套筒。
本发明的有益效果是：通过上述方案，通过两侧对称设置相同的光纤光栅位移传感部分，可以实现大量程的位移测量功能，单侧的光纤光栅位移传感部分包括两种位移转换测量装置，分别为等位移弹簧变形光纤光栅测量部分和等强度梁弯曲光纤光栅测量部分，可互相平衡，并可以互相验证与修正测量结果，使得测量结果更为准确和真实。
附图说明
图1是本发明一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器的主视方向的示意图。
图2是本发明一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器的俯视方向的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图2所示，一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，包括具有安装内腔的传感器外壳113、位移测量传导杆101、梁固定支座111和位于所述梁固定支座111两侧并对称设置的光纤光栅位移传感部分，所述梁固定支座111、光纤光栅位移传感部分均位于所述传感器外壳113的安装内腔之内，单侧的所述光纤光栅位移传感部分主要由相互验证并用于测量结果校验的等位移弹簧变形光纤光栅测量部分和等强度梁弯曲光纤光栅测量部分组成，所述位移测量传导杆101与所述传感器外壳113为移动副，所述位移测量传导杆101从外界穿入所述传感器外壳113的安装内腔并分别与所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分、等强度梁弯曲光纤光栅测量部分连接，所述位移测量传导杆101的测量位移量转换为所测物理量，所述所测物理量为所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分的等位移弹簧变形物理量和所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分的等强度梁弯曲变形物理量。
如图1至图2所示，所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分包括弹簧部光纤光栅测量单元104、张拉弹簧挡块106和等位移弹簧105，所述位移测量传导杆101与所述张拉弹簧挡块106连接，所述张拉弹簧挡块106与所述等位移弹簧105的一端连接，所述等位移弹簧105的另一端通过弹簧固定支座103与所述传感器外壳113的内壁连接，所述弹簧部光纤光栅测量单元104设置在所述等位移弹簧105的中部，所述位移测量传导杆101将发生的位移通过所述张拉弹簧挡块106传递到所述等位移弹簧105上，所述弹簧部光纤光栅测量单元104用于测量所述等位移弹簧105对应发生位移所产生的应力。
如图1至图2所示，所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分包括楔形块107、等强度梁109、光滑导轨112和等强度梁光纤光栅测量单元110，所述位移测量传导杆101与所述楔形块107连接，所述光滑导轨112设置在所述传感器外壳113的安装内腔，所述楔形块107上设有斜面114，所述斜面114分别与所述光滑导轨112、等强度梁109的一端滑动或者滚动连接，所述等强度梁109的另一端与所述梁固定支座111固定连接，所述等强度梁光纤光栅测量单元110设置在所述等强度梁109的中部，发生位移时，所述位移测量传导杆101带动所述楔形块107沿所述等强度梁109的轴线方向移动，所述等强度梁109的端部受到所述楔形块107的斜面114的压迫而发生弯曲，所述等强度梁光纤光栅测量单元110用于测量所述等强度梁109对应发生弯曲所产生的应力。
如图1至图2所示，所述楔形块107的斜面114的延长线与所述位移测量传导杆101的轴线之间的夹角为锐角。
如图1至图2所示，所述楔形块107的斜面114的底部设有楔形块移动轮108，所述楔形块移动轮108位于所述光滑导轨112上，所述等强度梁109的一端连接有滑轮115，所述滑轮115与所述楔形块107的斜面接触。
如图1至图2所示，所述楔形块107为直角梯形状，楔形块107直角边与位移测量传导杆101连接。
如图1至图2所示，所述等强度梁109没有发生弯曲变形时的轴线方向与所述位移测量传导杆101的轴线相平行。
如图1至图2所示，所述传感器外壳113上设有供所述位移测量传导杆101穿入的过孔，所述过孔上设有松套筒102，所述位移测量传导杆101穿过所述松套筒102。
本发明提供的一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，等位移弹簧变形光纤光栅测量部分和等强度梁弯曲光纤光栅测量部分这两个测量部分可以相互验证并用于测量结果校验，位移测量传导杆101将测量位移量转换为所测物理量，所述所测物理量为所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分的等位移弹簧变形物理量和所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分的等强度梁弯曲变形物理量，其中，位移弹簧变形部分为：由位移测量传导杆101将发生的位移通过张拉弹簧挡块106传递到等位移弹簧105上，所述的等位移弹簧105通过弹簧固定支座103将等位移弹簧105的一端固定于传感器外壳113内侧，所述等位移弹簧105中部设置弹簧部光纤光栅测量单元104用于测量等位移弹簧105对应发生位移所产生的应力，因此第一个位移测量方法通过测量等位移弹簧中的光纤光栅传感应力可得到；等强度梁弯曲部分为：由位移测量传导杆101将发生的位移通过楔形块107传递到等强度梁109上，所述楔形块107下方设置楔形块移动轮108可在光滑导轨112上无阻力滑动，同时，所述等强度梁109一端有滑轮115与楔形块107接触，另一端固定于梁固定支座111上，发生位移时，位移测量传导杆101将带动楔形块107沿等强度梁109轴线方向移动，等强度梁109通过端部的滑轮115沿楔形块107边缘发生弯曲。
本发明提供的一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，通过两侧对称设置相同的位移测量部分，可以实现大量程的位移测量功能；单侧的位移测量部分包括两种位移转换测量装置，分别为等位移弹簧测量和等强度梁弯曲测量，这两种方法分别位于位移测量传导杆的上下方可互相平衡，并可以互相验证与修正测量结果，使得测量结果更为准确和真实。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种对称式大量程的光纤光栅位移传感器，其特征在于：包括具有安装内腔的传感器外壳、位移测量传导杆、梁固定支座和位于所述梁固定支座两侧并对称设置的光纤光栅位移传感部分，所述梁固定支座、光纤光栅位移传感部分均位于所述传感器外壳的安装内腔之内，单侧的所述光纤光栅位移传感部分主要由相互验证并用于测量结果校验的等位移弹簧变形光纤光栅测量部分和等强度梁弯曲光纤光栅测量部分组成，所述位移测量传导杆与所述传感器外壳为移动副，所述位移测量传导杆从外界穿入所述传感器外壳的安装内腔并分别与所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分、等强度梁弯曲光纤光栅测量部分连接，所述位移测量传导杆的测量位移量转换为所测物理量，所述所测物理量为所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分的等位移弹簧变形物理量和所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分的等强度梁弯曲变形物理量，所述等位移弹簧变形光纤光栅测量部分包括弹簧部光纤光栅测量单元、张拉弹簧挡块和等位移弹簧，所述位移测量传导杆与所述张拉弹簧挡块连接，所述张拉弹簧挡块与所述等位移弹簧的一端连接，所述等位移弹簧的另一端与所述传感器外壳连接，所述弹簧部光纤光栅测量单元设置在所述等位移弹簧的中部，所述位移测量传导杆将发生的位移通过所述张拉弹簧挡块传递到所述等位移弹簧上，所述弹簧部光纤光栅测量单元用于测量所述等位移弹簧对应发生位移所产生的应力，所述等强度梁弯曲光纤光栅测量部分包括楔形块、等强度梁、光滑导轨和等强度梁光纤光栅测量单元，所述位移测量传导杆与所述楔形块连接，所述光滑导轨设置在所述传感器外壳的安装内腔，所述楔形块上设有斜面，所述斜面分别与所述光滑导轨、等强度梁的一端滑动或者滚动连接，所述等强度梁的另一端与所述梁固定支座固定连接，所述等强度梁光纤光栅测量单元设置在所述等强度梁的中部，发生位移时，所述位移测量传导杆带动所述楔形块沿所述等强度梁的轴线方向移动，所述等强度梁的端部受到所述楔形块的斜面的压迫而发生弯曲，所述等强度梁光纤光栅测量单元用于测量所述等强度梁对应发生弯曲所产生的应力。
2.根据权利要求1所述的对称式大量程的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述楔形块的斜面的延长线与所述位移测量传导杆的轴线之间的夹角为锐角。
3.根据权利要求1所述的对称式大量程的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述楔形块的斜面的底部设有楔形块移动轮，所述楔形块移动轮位于所述光滑导轨上，所述等强度梁的一端连接有滑轮，所述滑轮与所述楔形块的斜面接触。
4.根据权利要求1所述的对称式大量程的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述楔形块为直角梯形状。
5.根据权利要求1所述的对称式大量程的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述等强度梁没有发生弯曲变形时的轴线方向与所述位移测量传导杆的轴线相平行。
6.根据权利要求1所述的对称式大量程的光纤光栅位移传感器，其特征在于：所述传感器外壳上设有供所述位移测量传导杆穿入的过孔，所述过孔上设有松套筒，所述位移测量传导杆穿过所述松套筒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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