CN201903324U - 光纤型拉线位移传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤型拉线位移传感装置，包括壳体，壳体内设置有卷线轮、拉线、蜗簧、滑杆、基板一、基板二和传动单元，传动单元的输入端安装在卷线轮上，基板一安装在传动单元的输出端，蜗簧安装在传动单元上用于对传动单元的复位，基板一和基板二之间布设光纤弯曲传感单元，光纤弯曲传感单元包括信号光纤、曲线型测试通道和测试单元，测试单元与连接有处理单元，曲线型测试通道包括曲线型支架以及连续布设在曲线型支架上相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供信号光纤穿过的曲线型通道。本实用新型能够根据需要构建传感阵列，满足大范围、大变形监测的要求。

Description

光纤型拉线位移传感装置

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种光纤型拉线位移传感装置。

背景技术

拉线式位移传感器在上世纪五十年代面世后，广泛用于机械加工测量及其他生产生活中，其基本结构包括外壳、拉线、卷线轮、蜗簧和电位器，卷线轮与电位器同轴固定连接，外壳上有出线孔，测试待测物体位移时，拉线从拉线孔伸出，其原理是将拉线伸长过程中，带动卷线轮的转动，然后通过电位器将卷线轮的转动转化为可以计量、传送的电信号，在将电信号换算为拉线伸长的距离，达到测试待测物体位移的目的。由于其工作原理简单、成本低、适应环境能力强且精度高，所以应用范围较广。

但由于卷线轮与电位器是同轴的，在电位器旋转圈数较多时，电位器磨损严重，使其精度和使用寿命大打折扣；另外传统的拉线式位移传感器是以电荷为基础传送信号，则在许多有电磁干扰及强电磁场环境下使用中干扰多，并在需要构建传感器阵列及远距离信号传输时问题很多，系统的复杂程度和成本急剧上升，从而限制了其使用。如在对山体滑坡进行预警监测中，需要时刻跟踪山体表面分布多个裂缝的扩展大小及速度，采用拉线式传感器是一种较好的选择，但现有的以电荷为基础的拉线传感器一方面构建分布式或准分布式传感器阵列困难，另一方面对电磁干扰敏感，而现实生活中当出现较大雨量时也正是山体滑坡最危险的关键时刻，而此时一般都会伴随雷暴天气，从而使传统的拉线传感器无法胜任该项工作。

中国专利申请号200810201667.2《一种拉线式光纤光栅位移传感器》的专利中提出了一种方案：是以光纤光栅为传感单元替代了传统拉线传感器的电位器来对拉线的伸长进行计量，并通过光纤将该信号传输，该种光纤光栅拉线式位移传感器具有诸多优点，如抗电磁干扰、体积小、精度高、易于构建准分布式传感器阵列，以及可以将光信号的远距离传输达到远距离监测的目的，使监测人员脱离了诸如山体滑坡这样的危险区域。但光纤光栅类型的传感器都有一个共同的缺点是监测仪器成本较高，其光源不仅需要是宽带光源，还要求具有较高的功率，特别是组网阵列型传感系统需要更宽的输出光谱和更高输出光功率的光源，另外对回波光信号的检测需要较高精度的设备，这也使监测设备复杂成本高，这些都限制了该类光纤光栅拉线传感器的推广使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种光纤型拉线位移传感装置。本实用新型能够根据需要构建传感阵列，满足大范围、大变形监测的要求，且其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好、成本低。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设置有卷线轮、拉线、蜗簧、滑杆、基板一、基板二和传动单元，所述拉线缠绕在卷线轮上且拉线的末尾端固定在卷线轮上，所述拉线的起始端通过拉线口从所述壳体伸出，所述拉线的起始端设置有拉线头，所述传动单元的输入端安装在卷线轮上，所述基板一安装在传动单元的输出端，所述基板一能在传动单元的带动下相对传动单元发生位移，所述蜗簧安装在传动单元上用于对传动单元的复位，所述滑杆的一端活动安装在基板一的上端，所述滑杆的另一端通过基板二固定在壳体上，在基板一和基板二之间布设有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元包括信号光纤、供信号光纤穿过的曲线型测试通道和与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元，所述测试单元与连接有处理单元，所述曲线型测试通道包括曲线型支架以及连续布设在所述曲线型支架上相对两侧的多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线型通道，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述传动单元为转动轴和传动杆，所述转动轴通过轴承一安装在壳体内壁，所述传动杆与转动轴同轴连接，所述基板一安装在传动杆上且所述基板一和传动杆为螺纹配合，所述蜗簧安装在转动轴上。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述基板二固定壳体内壁。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述基板二上设置有与基板二滑动配合的调整螺杆，所述调整螺杆穿出壳体，且所述调整螺杆与壳体螺纹配合。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述曲线型支架为曲线型壳体，所述曲线型壳体一端固定在基板一上，所述曲线型壳体的另一端通过辅助弹簧与基板二相连接。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述曲线型支架由弹簧构成，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在弹簧中相邻相邻两圈弹簧丝之间。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述曲线型支架由波纹管构成，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在波纹管的管壁上内凹处的相对两个侧面上。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述曲线型支架由两块与基板相平行锯齿板组成，信号光纤夹持在两锯齿板之间，所述锯齿板通过辅助弹簧与基板一相连接。

上述的光纤型拉线位移传感装置，所述的信号光纤的一端安置有光反射装置，信号光纤的另一端通过延长光纤连接一1X2光分路器的1口，1X2光分路器的2口接测试单元。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型具有结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、灵敏度高；

2、本实用新型因使用光纤弯曲传感单元，使本装置具有抗电磁干扰、灵敏度高、电绝缘性好、安全可靠、耐腐蚀、可远距离检测、便于复用组网等诸多优点；

3、本实用新型由于可以采用的光源-光功率法测试，从而可以大幅度降低测试单元的成本，从而使本装置的整体成本大幅度降低，使本装置具有广阔的使用范围。

4、本实用新型因利用了光纤弯曲传感单元高精度和高敏感特点，从而可以根据需要选择合适的拉线长度满足实际需求，其拉线长度可以轻松的达到数米至数十米的范围，使本装置具有更广的使用范围。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，并具有成本低、可以远距离检测、易组网复用等优点，使本实用新型的装置具有良好的使用前景。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中曲线型壳体的横截面结构示意图。

图3为本实用新型实施例2结构示意图。

图4为本实用新型实施例3结构示意图。

图5为本实用新型实施例4结构示意图。

图6为本实用新型实施例4中弹簧的横截面结构示意图。

图7为本实用新型实施例5结构示意图。

图8为本实用新型实施例5中波纹管的局部结构示意图。

图9为本实用新型实施例6结构示意图。

图10为本实用新型实施例7结构示意图。

图11为本实用新型实施例8结构示意图。

附图标记说明：

1-延长光纤；	2-基板一；	3-基板二；
			4-曲线型壳体；	5-测试单元；	7-处理单元；
10-壳体；	11-转动轴；	12-轴承一；
			13-卷线轮；	15-拉线；	16-蜗簧壳；
17-蜗簧；	18-传动杆；	19-锯齿板；
			20-拉线头；	21-滑杆；	22-隔板；
24-拉线口；	25-辅助弹簧；	30-调整螺杆；
			33-信号光纤；	38-弹簧；	40-波纹管；
42-管壁；	45-1X2光分路器；	46-光反射装置；
			4-1-A侧变形齿；	4-2-B侧变形齿；	47-轴承二。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示的一种光纤型拉线位移传感装置，包括壳体10，所述壳体10内设置有卷线轮13、拉线15、蜗簧17、滑杆21、基板一2、基板二3和传动单元，所述拉线15缠绕在卷线轮13上且拉线15的末尾端固定在卷线轮13上，所述拉线15的起始端通过拉线口24从所述壳体10伸出，所述拉线15的起始端设置有拉线头20，所述传动单元的输入端安装在卷线轮13上，所述基板一2安装在传动单元的输出端，所述基板一2能在传动单元的带动下相对传动单元发生位移，所述蜗簧17安装在传动单元上用于对传动单元的复位，且所述蜗簧17安装在一个蜗簧壳16内，所述滑杆21的一端活动安装在基板一2的上端，所述滑杆21的另一端通过基板二3固定在壳体10上，在基板一2和基板二3之间布设有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元包括信号光纤33、供信号光纤33穿过的曲线型测试通道和与信号光纤33相接且对信号光纤33中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元5，所述测试单元5与连接有处理单元7，所述曲线型测试通道包括曲线型支架以及连续布设在所述曲线型支架上相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线型通道，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤33两侧。转动轴11在拉线15的移动牵引下由卷线轮13带动，并使与转动轴11固定在一起的传动杆18上的基板一2的位置变化，从而使所述的光纤弯曲传感单元的两端位置改变，所述的光纤弯曲传感单元将所述拉线15的移动位移转换为光信号，所述测试单元5获取该信号并将其传递给处理单元7后经处理得到拉线15的移动位移的大小。

本实施例中，曲线形支架由曲线形壳体4构成，所述传动单元为转动轴11和传动杆18，所述转动轴11通过轴承一12安装在壳体10内壁，所述传动杆18与转动轴11同轴连接，所述基板一2安装在传动杆18上且所述基板一2和传动杆18为螺纹配合，所述蜗簧17安装在转动轴11上。布设在所述的曲线型壳体4内部相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤33的两侧。转动轴11通过分别固定于壳体10内壁的轴承一12和隔板22的轴承二47定位。基板一2是有螺孔的平板，传动杆18上有螺纹，并且该螺纹与基板一2的螺孔是螺纹配合，基板二3固定于壳体10的内壁，滑杆21固定于基板二3上，且基板一2与滑杆21是滑动配合，曲线形壳体4与基板一2和基板二3固定连接，曲线形壳体4位于基板一2和基板二3之间，传动杆18随着转动轴11而转动时，基板一2在传动杆18上螺纹的作用下移动，基板一2和基板二3之间的距离就变化，使曲线形壳体4两端的距离变化，布设在所述曲线形壳体4内相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间的距离改变，从而使夹持于A、B两侧侧变形齿间的信号光纤33弯曲曲率变化，测试单元5通过检测信号光纤33内部传输光信号功率的变化并传递给处理单元7，处理单元7计算后得出拉线15的移动位移的大小。

可以根据实际需要将测试单元5和处理单元7以及延长光纤1置于壳体10内，在需要远距离监控时，将测试单元5和处理单元7置于远离监测点的监控室内。

所述传动单元也可以由蜗轮蜗杆或其他机械装置构成。

在壳体10内填充有阻水油膏用以防水及延长信号光纤的使用寿命。

所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤33也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤。

实施例2

如图3所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线型壳体4一端固定在基板一2上，所述曲线型壳体4的另一端通过辅助弹簧25与基板二3相连接。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述基板二3上设置有与基板二3滑动配合的调整螺杆30，所述调整螺杆30穿出壳体10，且所述调整螺杆30与壳体10螺纹配合。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例4

如图5、图6所示，本实施例中，与实施例3不同的是：所述曲线型支架由弹簧38构成，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在弹簧38中相邻相邻两圈弹簧丝之间。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3相同。

实施例5

如图7、图8所示，本实施例中，与实施例3不同的是：所述曲线型支架由波纹管40构成，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在波纹管40的管壁42上内凹处的相对两个侧面上，且A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3相同。

实施例6

如图9所示，本实施例中，与实施例3不同的是：所述曲线型支架由两块与基板20相平行锯齿板19组成，信号光纤33夹持在两锯齿板19之间，所述锯齿板19通过辅助弹簧25与基板一2相连接。传动杆18转动后，使基板一2和基板二3之间的距离变化，从而使两锯齿板19之间的压紧力变化，两锯齿板19之间的距离也就变化，使信号光纤33的弯曲曲率变化，测试单元5检测到该变化。

信号光纤33可以以螺旋盘绕的方式敷设于两锯齿板19之间，延长信号光纤33的有效长度，提高测试的精度。

当然也可以由三个或三个以上的锯齿板19构成两层或两层以上的微弯结构，延长信号光纤33的有效长度，提高检测的精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3相同。

实施例7

如图10所示，本实施例中，与实施例3不同的是：所述的信号光纤33的一端安置有光反射装置46，信号光纤33的另一端通过延长光纤1连接一1X2光分路器45的1口，1X2光分路器45的2口接测试单元5。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3相同。

实施例8

如图11所示，本实施例中，与实施例3不同的是：有两个构成光纤弯曲传感单元的曲线型壳体4中的信号光纤33通过延长光纤1串联在一起，形成准分布式光纤传感系统，一种优选的做法是在两个曲线型壳体4中之间的延长光纤1上安置有光反射装置46，如光纤光栅，当然优选的做法是选用低反射率的光纤光栅。这时测试单元5的优选是使用光时域反射计(OTDR)，通过光时域反射计的测试曲线可以得到任意一个待测量的变化，进一步的可以通过测量光反射装置46的高度反应出该光反射装置46前面的待测量的变化，从而进一步提高测试精度。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例3相同。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：包括壳体(10)，所述壳体(10)内设置有卷线轮(13)、拉线(15)、蜗簧(17)、滑杆(21)、基板一(2)、基板二(3)和传动单元，所述拉线(15)缠绕在卷线轮(13)上且拉线(15)的末尾端固定在卷线轮(13)上，所述拉线(15)的起始端通过拉线口(24)从所述壳体(10)伸出，所述拉线(15)的起始端设置有拉线头(20)，所述传动单元的输入端安装在卷线轮(13)上，所述基板一(2)安装在传动单元的输出端，所述基板一(2)能在传动单元的带动下相对传动单元发生位移，所述蜗簧(17)安装在传动单元上用于对传动单元的复位，所述滑杆(21)的一端活动安装在基板一(2)的上端，所述滑杆(21)的另一端通过基板二(3)固定在壳体(10)上，在基板一(2)和基板二(3)之间布设有光纤弯曲传感单元，所述光纤弯曲传感单元包括信号光纤(33)、供信号光纤(33)穿过的曲线型测试通道和与信号光纤(33)相接且对信号光纤(33)中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元(5)，所述测试单元(5)与连接有处理单元(7)，所述曲线型测试通道包括曲线型支架以及连续布设在所述曲线型支架上相对两侧的多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)，多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤(33)穿过的曲线型通道，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤(33)两侧。

2.根据权利要求1所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述传动单元为转动轴(11)和传动杆(18)，所述转动轴(11)通过轴承一(12)安装在壳体(10)内壁，所述传动杆(18)与转动轴(11)同轴连接，所述基板一(2)安装在传动杆(18)上且所述基板一(2)和传动杆(18)为螺纹配合，所述蜗簧(17)安装在转动轴(11)上。

3.根据权利要求2所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述基板二(3)固定壳体(10)内壁。

4.根据权利要求2所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述基板二(3)上设置有与基板二(3)滑动配合的调整螺杆(30)，所述调整螺杆(30)穿出壳体(10)，且所述调整螺杆(30)与壳体(10)螺纹配合。

5.根据权利要求4所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述曲线型支架为曲线型壳体(4)，所述曲线型壳体(4)一端固定在基板一(2)上，所述曲线型壳体(4)的另一端通过辅助弹簧(25)与基板二(3)相连接。

6.根据权利要求4所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述曲线型支架由弹簧(38)构成，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在弹簧(38)中相邻相邻两圈弹簧丝之间。

7.根据权利要求4所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述曲线型支架由波纹管(40)构成，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在波纹管(40)的管壁(42)上内凹处的相对两个侧面上。

8.根据权利要求4所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述曲线型支架由两块与基板(20)相平行锯齿板(19)组成，信号光纤(33)夹持在两锯齿板(19)之间，所述锯齿板(19)通过辅助弹簧(25)与基板一(2)相连接。

9.根据权利要求4所述的光纤型拉线位移传感装置，其特征在于：所述的信号光纤(33)的一端安置有光反射装置(46)，信号光纤(33)的另一端通过延长光纤(1)连接一1X2光分路器(45)的1口，1X2光分路器(45)的2口接测试单元(5)。

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