CN207763698U - 一种基于光纤光栅的倾角测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及结构倾角测量及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的倾角测量装置，包括壳体、质量块、第一连杆、第二连杆、第一光纤光栅、以及第二光纤光栅，其中：质量块位于壳体内腔的中部；第一光纤光栅以及第二光纤光栅分别固定设置在壳体内腔的两端；第一连杆以及第二连杆对称设置在质量块的两侧，并且，第一连杆的一端连接质量块，另一端连接第一光纤光栅；第二连杆的一端连接质量块，另一端连接第二光纤光栅。本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置结构简单、测量精度高、安全性能高、成本低，并且环境适应性较强。

Description

一种基于光纤光栅的倾角测量装置

技术领域

本实用新型涉及结构倾角测量及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅的倾角测量装置。

背景技术

倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计，经常用于系统的水平角度变化的测量，其理论基础为牛顿第二定律，即：在一个系统的内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度，在初速度已知的前提下，就可以通过积分计算出其线速度，进而可以计算出其直线位移。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是被测物体的倾斜角。

目前应用的倾角传感器可以分为气体式、液体式、以及固体式，但均存在一定的弊端，例如：气体式倾角传感器由于气流控制较为复杂，导致测量精度较低；液体式倾角传感器测量范围小，对测量环境要求较高；固体式倾角测量传感器多为电磁摆式，易受电磁干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量精度高、环境适应性强的基于光纤光栅的倾角测量装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于光纤光栅的倾角测量装置，包括壳体、质量块、第一连杆、第二连杆、第一光纤光栅、以及第二光纤光栅，其中：质量块位于壳体内腔的中部；第一光纤光栅以及第二光纤光栅分别固定设置在壳体内腔的两端；第一连杆以及第二连杆对称设置在质量块的两侧，并且，第一连杆的一端连接质量块，另一端连接第一光纤光栅；第二连杆的一端连接质量块，另一端连接第二光纤光栅。

进一步的，壳体为长方形壳体，其中：第一光纤光栅、第一连杆、质量块、第二连杆、以及第二光纤光栅沿长方形壳体的长度方向依次布置；质量块为与长方形壳体宽度方向及高度方向的内壁相贴合的正方形质量块或长方形质量块。

进一步的，基于光纤光栅的倾角测量装置还包括用于限制质量块在壳体内腔超限滑动的限位装置，其中：限位装置固定设置在壳体的内壁上。

进一步的，限位装置为防冲击阻挡片，其中：防冲击阻挡片的数量为4个，并且围绕质量块上下左右对称布置。

进一步的，基于光纤光栅的倾角测量装置还包括光源及波长调节器，其中：光源及波长调节器位于壳体的外部且与第一光纤光栅以及第二光纤光栅分别电连接。

进一步的，质量块的下方设置有用于质量块在壳体内腔滑动导向的导轨，导轨固定在壳体的内壁上，质量块滑动设置在导轨上。

进一步的，壳体的外部设置有用于与测量体连接固定的连接体。

进一步的，第一光纤光栅与第二光纤光栅采用同一型号的光敏光纤制成。

进一步的，防冲击阻挡片与质量块之间的间距在1mm-5mm之间。

本实用新型的一种基于光纤光栅的倾角测量装置，具有以下有益效果：

1、本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置，通过在质量块两侧对称布置第一光纤光栅和第二光纤光栅以及第一连杆和第二连杆，采用应力差分输出的方式，避免了温度对于光纤光栅应力检测的影响，实现了温度的自动补偿，从而提高了倾角测量装置的测量精度。

2、本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置还设置有用于限制质量块在壳体内腔超限滑动的限位装置，从而有效避免了倾角测量装置受到冲击/撞击时质量块过分滑动造成第一光纤光栅、第一连杆、第二连杆、或第二光纤光栅的损坏，安全性能更高。

3、本实用新型的质量块的下方设置有用于质量块在壳体内腔滑动导向的导轨，从而保证了质量块可以垂直地压缩或者拉伸第一连杆或第二连杆，进一步提高了倾角测量装置的测量精度。

4、本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置结构简单、测量精度高、安全性能高、成本低，并且环境适应性较强。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置的结构示意图；

图中：1-壳体、2-质量块、3-第一连杆、4-第二连杆、5-第一光纤光栅、6-第二光纤光栅、7-限位装置、8-光源及波长调节器

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型实施例的一种基于光纤光栅的倾角测量装置，包括壳体1、质量块2、第一连杆3、第二连杆4、第一光纤光栅5、以及第二光纤光栅6，其中：质量块2位于壳体1内腔的中部；第一光纤光栅5以及第二光纤光栅6分别固定设置在壳体1内腔的两端；第一连杆3以及第二连杆4对称设置在质量块2的两侧，并且，第一连杆3的一端连接质量块2，另一端连接第一光纤光栅5；第二连杆4的一端连接质量块2，另一端连接第二光纤光栅6。

具体的，壳体1可以为正方形壳体、长方形壳体、圆形壳体、多边形壳体等；第一连杆3与第二连杆4的结构、尺寸、材质完全一致，第一光纤光栅5与第二光纤光栅6采用同一型号的光敏光纤制成，即应保证基于光纤光栅的倾角测量装置的整体呈对称结构；为了保证测量的精度，质量块2的形状及大小应保证质量块2与壳体1的内腔相贴合，即质量块2只能在壳体1的长度方向滑动，避免上下或者前后错动；另外，应保证质量块2与壳体1内腔的接触面均为光滑平面，使得质量块2可以在壳体1内腔顺畅地滑动。

优选的，壳体1为长方形壳体，第一光纤光栅5、第一连杆3、质量块2、第二连杆4、以及第二光纤光栅6沿长方形壳体的长度方向依次布置，质量块2为与长方形壳体宽度方向及高度方向的内壁相贴合的正方形质量块2或长方形质量块2。本实用新型的长方形壳体的长度方向指的是长方形壳体的长边所在方向，宽度方向及高度方向分别为两短直角边所在方向。

本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置，中心质量块在不同倾斜角度下，通过两侧连杆对两侧光纤光栅一侧形成拉伸，一侧形成压缩，两侧光纤光栅的应力差分输出与倾斜角度成正比，从而可以根据应变大小计算出倾斜角度，并且通过在质量块2两侧对称布置第一光纤光栅5和第二光纤光栅6以及第一连杆3和第二连杆4，采用了应力差分输出的方式，避免了温度对于光纤光栅应力检测的影响，实现了温度的自动补偿，从而提高了倾角测量装置的测量精度。

进一步的，基于光纤光栅的倾角测量装置还包括用于限制质量块2在壳体1内腔超限滑动的限位装置7，其中：限位装置7固定设置在壳体1的内壁上，从而有效避免了倾角测量装置受到冲击/撞击时质量块2过分滑动造成第一光纤光栅5、第一连杆3、第二连杆4、或第二光纤光栅6的损坏，使得倾角测量装置的安全性能更高。限位装置7的结构以及其与质量块2之间的间距本领域技术人员可根据实际情况确定，均属于本实用新型保护范围。

优选的，限位装置7为防冲击阻挡片，其中：防冲击阻挡片的数量为4个，并且围绕质量块2上下左右对称布置。防冲击阻挡片的对称布置可以更有效的限制质量块2的滑动，另外也保证了倾角测量装置的整体对称性；此外，防冲击阻挡片为弹性的防冲击阻挡片，以实现对质量块2的滑动进行缓冲限位，继而有效避免了第一连杆3或第二连杆4由于经常性承受冲击载荷而受到损坏，进而提高了倾角测量装置的使用寿命。

进一步的，防冲击阻挡片与质量块2之间的间距在1mm-5mm之间，本领域技术人员也可以根据倾角测量装置的整体尺寸或其所应用的测量体等具体情况进行确定，本实用新型此处只给出一个优选间距范围。

进一步的，基于光纤光栅的倾角测量装置还包括光源及波长调节器8，其中：光源及波长调节器8位于壳体1的外部且与第一光纤光栅5以及第二光纤光栅6分别电连接。

在本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置的一些实施例中，质量块2的下方设置有用于质量块2在壳体1内腔滑动导向的导轨，导轨固定在壳体1的内壁上，质量块2滑动设置在导轨上，从而保证了质量块2可以垂直的压缩或者拉伸第一连杆3或第二连杆4，进一步提高了倾角测量装置的测量精度。具体的，导轨可采用现有技术的任意结构形式的导轨，但应保证质量块2与导轨之间的摩擦力尽可能的小，即保证质量块2可在导轨上顺畅滑动，从而保证倾角测量装置的测量精度。

进一步的，壳体1的外部设置有用于与测量体连接固定的连接体，以保证壳体与测量体紧密连接，不会发生相对运动。具体的，连接体可以为粘贴板，直接固定粘贴在测量体(即被测物)上；也可以为连接板，通过螺栓等固定连接在测量体上。

本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置结构简单、测量精度高、安全性能高、成本低，并且环境适应性较强。

本实用新型的基于光纤光栅的倾角测量装置使用时，当测量体处于水平状态时，质量块2也处于水平状态，通过第一连杆3及第二连杆4传递到第一光纤光栅5及第二光纤光栅6的应力为零，此时测得的测量体的倾斜角度为零；当测量体倾斜转动时，规定顺时针转动为正，逆时针转动为负，此处以顺时针转动为例，质量块2将随测量体顺时针转动一个角度θ，由于质量块2受重力的作用，第二光纤光栅6将受到F＝mgsinθ的压力，第一光纤光栅5将受到F＝mgsinθ的拉力，第二光纤光栅6中心波长将增大Δλ，第一光纤光栅5中心波长将减小Δλ，左右差分得2Δλ，而由于第一和第二光纤光栅具有对称结构，使得温度对第一光纤光栅5及第二光纤光栅6的中心波长的影响一致，同增或同减，差分后为零；逆时针转动情况与顺时针一致，但变成第一光纤光栅5受压，第二光纤光栅6受拉；最后，可以根据第一光纤光栅5与第二光纤光栅6的中心波长变化情况，判断测量体是顺时针转动，还是逆时针转动。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，包括壳体、质量块、第一连杆、第二连杆、第一光纤光栅、以及第二光纤光栅，其中：

所述质量块位于所述壳体内腔的中部；

所述第一光纤光栅以及所述第二光纤光栅分别固定设置在所述壳体内腔的两端；

所述第一连杆以及所述第二连杆对称设置在所述质量块的两侧，并且，所述第一连杆的一端连接所述质量块，另一端连接所述第一光纤光栅；所述第二连杆的一端连接所述质量块，另一端连接所述第二光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述壳体为长方形壳体，其中：

所述第一光纤光栅、第一连杆、质量块、第二连杆、以及第二光纤光栅沿所述长方形壳体的长度方向依次布置；

所述质量块为与所述长方形壳体宽度方向及高度方向的内壁相贴合的正方形质量块或长方形质量块。

3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，还包括用于限制所述质量块在所述壳体内腔超限滑动的限位装置，其中：所述限位装置固定设置在所述壳体的内壁上。

4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述限位装置为防冲击阻挡片，其中：所述防冲击阻挡片的数量为4个，并且围绕所述质量块上下左右对称布置。

5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述基于光纤光栅的倾角测量装置还包括光源及波长调节器，其中：所述光源及波长调节器位于所述壳体的外部且与所述第一光纤光栅以及所述第二光纤光栅分别电连接。

6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述质量块的下方设置有用于所述质量块在所述壳体内腔滑动导向的导轨，所述导轨固定在所述壳体的内壁上，所述质量块滑动设置在所述导轨上。

7.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述壳体的外部设置有用于与测量体连接固定的连接体。

8.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述第一光纤光栅与所述第二光纤光栅采用同一型号的光敏光纤制成。

9.根据权利要求4所述的基于光纤光栅的倾角测量装置，其特征在于，所述防冲击阻挡片与所述质量块之间的间距在1mm-5mm之间。