CN202793324U

CN202793324U - 传感器结构和包括所述传感器结构的光栅光纤位移传感器

Info

Publication number: CN202793324U
Application number: CN 201220147688
Authority: CN
Inventors: 田湛; 毛献辉; 江婷; 耿振; 徐惠康; 许明
Original assignee: Nuctech Co Ltd
Current assignee: Nuctech Co Ltd
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-04-10

Abstract

本实用新型公开了传感器结构和包括所述传感器结构的光栅光纤位移传感器，一种传感器结构，包括套筒（10），具有轴向延伸的内孔腔；光纤光栅（80），位于所述套筒（10）内；和移动支座（20），位于所述套筒内，其具有在外力作用下沿着套筒（10）的轴向移动的行程范围；其中，所述光栅光纤（80）的一端固定在所述套筒（10）的第一端，同时所述光栅光纤（80）的另一端与所述移动支座（20）连接在一起；以及其中，所述光栅光纤（80）在承受所述移动支座（20）相对于所述套筒（10）的第一端的拉伸作用力时，生成相应的信号。另外，本实用新型还涉及一种光栅光纤位移传感器，包括根据前述的传感器结构；和光纤解调仪。附加地，还包括处理器单元和显示单元。

Description

传感器结构和包括所述传感器结构的光栅光纤位移传感器

技术领域

本新型涉及光纤光栅传感器领域，具体地，涉及一种用以测量位移以及微距位移的传感器结构以及包括此传感器结构的光纤光栅传感器。

背景技术

在现有技术中，光纤光栅位移传感器多采用拉伸式测量方式。这一般情况下会造成体积较大，并且光纤的结构和安装的方式也比较复杂。另外，因为光纤光栅不能始终处于拉伸状态，否则应力疲劳会造成测量失效，所以光栅光纤很难应用于测量压缩位移行程的环境中。

例如，公开号为CN101290214A的中国专利申请公开了一种光纤光栅位移传感器,如图1所示,该传感器包括壳体1、光纤光栅2、等强度梁3和测探杆4,测量探杆4的一端穿过设置在壳体1上的通孔11伸入壳体1内,所述的壳体1内设置有楔块5、连接杆6和垫块7,测量探杆4的位于壳体1内的一端通过螺纹与楔块5固定连接,楔块5上沿测量探杆4的轴向设置有具有开口的腔体51,连接杆6的长度大于腔体51的长度,连接杆6的宽度略小于腔体51的宽度,连接杆6的一端通过螺纹固定连接在壳体1上,连接杆6的另一端伸入腔体51内,连接杆6上设置有拉伸弹簧8,拉伸弹簧8的孔径大于腔体51的宽度,等强度梁3的一端通过螺丝固定连接在垫块7上,等强度梁3的另一端连接有支杆9,支杆9的一端顶接在楔块 5的斜面上；光纤光栅2对称粘贴在等强度梁3的上下表面上,可以消除温度变化带来的测量误差;光纤光栅2上连接有尾纤21,尾纤21的一端粘贴在等强度梁3的表面上,尾纤21的另一端伸出壳体1外。

该现有技术的光纤光栅位移传感器,结构上比较复杂，稳定性较差，且对制作和安装精度要求较高。

实用新型内容

为了弥补现有光纤光栅位移传感器在压缩位移测量方面的不足，本实用新型提供一种压缩式光纤光栅位移传感器，该传感器不仅能应用于较大位移行程的精确测量，与精密解调仪配合亦可实现微压缩位移行程的测量。

其中，根据本实用新型的一个方面的传感器结构，包括：套筒，具有轴向延伸的内孔腔；光纤光栅，位于所述套筒内；和移动支座，位于所述套筒内，其具有在外力作用下沿着套筒的轴向移动的行程范围；其中，所述光栅光纤的一端固定在所述套筒的第一端，同时所述光栅光纤的另一端与所述移动支座连接在一起；以及其中，所述光栅光纤在承受所述移动支座相对于所述套筒的第一端的拉伸作用力时，生成相应的信号。

在传感器结构的一个具体的实施例中，其中所述移动支座经过压缩弹簧与压力杆的一端连接，所述压力杆的另一端设置有球状的耦接结构。可选地或附加地，所述套筒的第二端设置有伸长杆端，且其上设置有连接结构。可选地或附加地，所述光栅光纤穿过所述套筒的内孔腔，在所述套筒第一端和第二端的孔的部分设有起到保护作用的光纤套管。可选地或附加地，所述光栅光纤与另外的光纤解调仪相连接。可选地或附加地，所述套筒的第一端上设置有端盖，用以密封所述套筒。

其中，在根据本实用新型的另一个方面的光栅光纤位移传感器，包括：根据权利要求1-6中任一所述的传感器结构；和光纤解调仪。

进一步地，所述光栅光纤位移传感器，还包括：处理器单元，与所述光纤光栅解调仪连接，并从其中接收信号；和显示单元，与所述处理器单元连接，并显示代表位移量的数值。

本新型基于这样的构思：在传感器套筒中，将一压缩弹簧装入移动支座内，压力杆受到外界位移变化作用到压缩弹簧从而使移动支座承受弹簧压力，将与光纤粘接在一起的光纤套管的一端固定在移动支座上，另一端固定在与套筒联接的端盖上，从而使光纤光栅受到拉力作用产生微应变导致其波长发生变化，通过解调仪解调即可达到测量外界位移变化的目的。通过加装微位移探测头，配合精密解调仪即可实现微压缩位移的测量。为补偿温度变化带来的光纤光栅的变化，在结构上安排了温补光栅的安装位置。

通过以上设计，本新型满足了光纤光栅位移传感器在压缩行程方面的测量，同时拓展了其在微压缩位移测量方面的应用。

本实用新型的这些和其它方面将根据下文中描述的实施例而明显和参考下文中描述的实施例叙述。

附图说明

本实用新型的以上和其它目的和特征将根据结合附图考虑的以下详细描述变得较明显，其中：

图1所示为根据现有技术的一种光纤光栅位移传感器；

图2所示为根据本实用新型一个实施例的传感器结构的截面示意图；

图3所示为图2所示传感器结构的端盖一侧的视图；

图4所示为根据本实用新型一个实施例的传感器结构的使用状态下外观示意图；

其中，图2、3中所示：

10.套筒；20.移动支座；30.压缩弹簧；40.压力杆；50.光纤套管；60.端盖；

70.堵头；80.光纤光栅；90.微位移探测头；100.螺钉。

具体实施方式

在图2所示传感器结构的实施例中，包括：套筒10，具有轴向延伸的内空腔；光纤光栅80，位于所述套筒10的内空腔内；和移动支座20，位于所述套筒内，其具有在外力作用下沿着套筒10的轴向移动的行程范围；其中，所述光栅光纤80的一端固定在所述套筒10的第一端，同时所述光栅光纤80的另一端与所述移动支座20连接在一起；以及其中，所述光栅光纤80在承受所述移动支座20相对于所述套筒10的第一端的拉伸作用力时，生成相应的信号。

进一步地或可选地，所述移动支座20经过压缩弹簧30与压力杆40的一端连接，所述压力杆的另一端设置有与微位移探测头90的连接结构。

进一步地或可选地，所述套筒10的第二端设置有伸长杆端，且其上设置有接接结构。

进一步地或可选地，所述光栅光纤80穿过所述套筒10的内孔腔，在所述套筒10第一端和第二端的孔的部分设有起到保护作用的光纤套管50。

进一步地或可选地，所述套筒10的第一端上设置有端盖60，用以密封所述套筒10。

所述光栅光纤80与另外的光纤解调仪相连接。

在安装/工作过程中，将压缩弹簧30装入移动支座20内孔腔中，压力杆40一端亦装入移动支座20内孔腔中与压缩弹簧30接触。此时，端盖60从压力杆40另一端套入并与移动支座20接触。这样压力杆40被推入一定位移从而压缩弹簧30受到一定压缩，产生一定的预紧力。

粘接好光纤光栅80的光纤套管50穿过端盖60和移动支座20的上部小孔并分别与其固定，这样在压缩弹簧30的作用下，光纤光栅80受到一定的初始预紧拉力。将上述各零件装入套筒10内腔中，由端盖60与套筒10用螺钉100紧固。两端堵头70穿入光纤光栅80尾纤后旋入套筒10和端盖60中。在套筒10的伸长杆端和压力杆40的一端开有螺纹孔，可方便的连接被测物体进行测量。

图3所示为图2的左视图，其说明了端盖60与套筒10具体安装形式。

在图4所示的实施例中，在压力杆40的一端加装微位移探测头90，可方便的探测具有微小压缩位移量的被测对象，且被测位移的方向可以有不同的角度。

进一步地，本实用新型还包括一种光栅光纤位移传感器，其除了包括如前面所述的传感器结构，还包括光纤光栅解调仪。所述的光纤光栅解调仪与传感器结构中的光纤光栅80连接，向其发送激光信号，该激光信号在光纤光栅承受拉力的作用时，反射回的波长会发生变化，且波长变化的量与其受到的应变具有直接的线性函数关系。另外，通过弹簧，光纤光栅80受到的应变与压力杆40的位移变化成线性关系。由此，光纤光栅80中波长的变化量与压力杆的位移就建立了直接的线性关系，其可以由函数式来表达△λ=k*△S，或者是，△S=k^-1*△λ。其中，△λ可以由解调仪容易地测量和计算得出，系数=k^-1预先调试好。

光纤光栅传感器可包括处理器，其根据从光栅光纤解调仪（未示出）接收的△λ信息，计算出位移变化量△S。另外，可以将该数值△S通过电子显示屏显示出来。或者，将该数值△S发送给需要的设备单元。

本新型的传感器结构和光栅光纤位移传感器，结构简单稳固，可实现微距压缩位移测量。这在多个应用技术领域提供了经济适用的可选结构和部件。

Claims

1.一种传感器结构，包括：

套筒（10），具有轴向延伸的内孔腔；

光纤光栅（80），位于所述套筒（10）内；和

移动支座（20），位于所述套筒内，其具有在外力作用下沿着套筒（10）的轴向移动的行程范围；

其中，所述光栅光纤（80）的一端固定在所述套筒（10）的第一端，同时所述光栅光纤（80）的另一端与所述移动支座（20）连接在一起；以及

其中，所述光栅光纤（80）在承受所述移动支座（20）相对于所述套筒（10）的第一端的拉伸作用力时，生成相应的信号。

2.根据权利要求1的传感器结构，其中

所述移动支座（20）经过压缩弹簧（30）与压力杆（40）的一端连接，所述压力杆的另一端设置有球状的耦接结构。

3.根据权利要求1的传感器结构，其中

所述套筒（10）第二端设置的伸长杆端，且其上设置有连接结构。

4.根据权利要求1的传感器结构，其中

所述光栅光纤（80）穿过所述套筒（10）的内孔腔，在所述套筒（10）第一端和第二端的孔的部分设有起到保护作用的光纤套管（50）。

5.根据权利要求1的传感器结构，其中

所述光栅光纤（80）与另外的光纤解调仪相连接。

6.根据权利要求1的传感器结构，其中

所述套筒（10）的第一端上设置有端盖（60），用以密封所述套筒（10）。

7.一种光栅光纤位移传感器，包括

根据权利要求1-6中任一所述的传感器结构；和

光纤光栅解调仪。

8.根据权利要求7的光栅光纤位移传感器，还包括

处理器单元，与所述光纤光栅解调仪连接，并从其中接收信号；和

显示单元，与所述处理器单元连接，并显示代表位移量的数值。