CN209639870U - 一种基于受力悬臂梁的fbg拉力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，包括活动挂接件、保险环、保护壳体、受力悬臂、受力变形器，所述保护壳体的顶部设置有与其轴心线重合的活动挂接件，活动挂接件向下穿入保护壳体内部连接受力悬臂，活动挂接件与保护壳体动配合，使活动挂接件受力时能上下移动，在保护壳体顶部的内侧和外侧的活动挂接件上分别设置保险环，使保护壳体的顶部、两个保险环和活动挂接件组合成丰字形结构，所述受力悬臂的下端连接保护壳的底部，所述受力悬臂的中上部设置有受力变形器，所述受力变形器连接信息传感线，信息传感线则穿出保护壳体连接控制装置，在所述保护壳体的底部设有固定挂接件。本实用新型绝缘性能好、抗电磁干扰强，检测效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及拉力检测设备技术领域，具体涉及一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器。
背景技术
电线绝缘拉力检测装置，一般是利用加紧夹固定夹在电缆线上，通过利用移动块与加紧夹连接，移动移动块来带动加紧夹移动，从而使得电缆线进行拉扯，在移动块的移动方向上设置标尺来测得移动的距离，从而计算出线缆在加紧夹拉扯的过程中受到的拉力，但由于在标尺的测量过程中读数误差常常会影响测量结果，且标尺的精确度有限以及操作困难，使得测量结构精确性受限制；另一种是使用电子拉力检测器进行测量，但是电子拉力检测器易受电磁干扰，造成测量误差，需重复多次测量，增大了工作量，工作效率低。
综上所述，为确保线缆拉力检测的精确性，检测装置还需进一步改进和完善。
发明内容
针对上述背景技术中存在的诸多缺陷与不足，本实用新型对此进行了改进和创新，目的在于提供一种能够实现绝缘性能好、抗电磁干扰强，检测效率高，可以有效消除应力位置偏移造成的误差，以及可以有效消除温度对拉力传感器造成的影响，能更加安全有效的监测输电线路导线的覆冰情况，检测使用便捷、快速，检测数值误差低，检测工作效率高；
为实现上述目的，本实用新型是通过采用下列的设计结构以及设计方案来实现的：
作为本实用新型一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器的改进，包括活动挂接件(1)、保险环(4)、保护壳体(2)、受力悬臂(3)、受力变形器(5)，所述保护壳体(2)的顶部设置有与其轴心线重合的活动挂接件(1)，活动挂接件(1)向下穿入保护壳体(2)内部连接受力悬臂(3)，活动挂接件(1)与保护壳体(2)动配合，在保护壳体(2)顶部的内侧和外侧的活动挂接件(1)上分别设置保险环(4)，使保护壳体(2)的顶部、两个保险环(4)和活动挂接件(1)组合成丰字形结构，所述受力悬臂(3)的下端连接保护壳的底部，所述受力悬臂(3)的中上部设置有受力变形器(5)，所述受力变形器(5)连接信息传感线(6)，信息传感线(6)则穿出保护壳体(2)连接控制装置(7)，在所述保护壳体(2)的底部设有固定挂接件(8)。
作为本实用新型上述的改进，所述受力变形器(5)固定设置于受力悬臂(3)上，其长度不大于受力悬臂(3)与保护壳体(2)内侧壁之间的宽度。
作为本实用新型上述的进一步改进，所述挂接件(1)与受力悬臂(3)、保险环(4)均为可拆卸地连接。
作为本实用新型上述的更进一步改进，所述保护壳体(2)为顶部开口的圆柱状、规则立方体状结构，且护壳体顶部的开口的口径小于保险环(4)的直径。
作为本实用新型上述的又进一步改进，所述信息传感线(6)为光纤。
作为本实用新型上述的再进一步改进，所述受力变形器(5)为光纤光栅。
作为本实用新型上述的再更进一步改进，所述活动挂接件(1)、固定挂接件(8)为挂钩或环扣。
作为本实用新型上述的又再更进一步改进，所述控制装置(7)为光纤光栅解调仪。
作为本实用新型上述的又再更加进一步改进，所述挂接件(1)、保险环(4)、保护壳体(2)、受力悬臂(3)的制作材料均为抗拉伸、抗变形材料，其中，在活动挂接件(1)、保护壳体(2)和保险环(4)以及固定挂接件(8)的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和防锈层以及警示层，警示层上涂有荧光粉。
作为本实用新型上述的还更加进一步改进，在注塑层上注塑有高分子耐磨材料；所述防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；所述警示层为黄色或黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆。
工作原理是：使用时，操作人员只需要把本装置通过固定挂接件(8)固定，随后将待测拉力连接至活动挂接件(1)上，待测拉力通过拉动活动挂接件(1)使受力悬臂(3)产生形变，受力悬臂(3)在变形的同时设置于其上的受力变形器(5)受到应力，改变受力变形器(5)的中心波长，信息传感线(6)则把受力变形器(5)中心波长变化的信息通过信息传感线(6)传递给控制装置(7)，控制装置(7)先解调出受力变形器(5)中心波长，再计算出拉力的数值，并把数值显示出来，实现拉力检测。
在上述的实施操作过程中，当待测拉力集中力作用在受力悬臂的自由端时,距力的作用点任何距离处截面上的应力相等,因此能够保证受力悬臂在轴向上的应变力较为均匀,降低了对受力变形器安装位置的要求。当受力悬臂受力后,受力悬臂上下两表面分别受拉力和压力,在受力悬臂的上下部对称设置受力变形器,消除温度的误差。
当受力悬臂上加一个集中载荷时,距加载点距离的断面上弯距二为：
Mx＝Px
相应断面上的最大应力σ为：
Σ＝Px/W
式中：W－抗弯断面模量。
设受力悬臂的断面为矩形,bx为宽度,h为厚度,则：
W＝bxh2/6
因而，
σ＝6Px/bxh2
所谓等强度,即指各个断面在力的作用下应力相等,即σ值不变，显然当受力悬臂的h厚度不变时,受力悬臂的宽度必须随着x的变化而变化。
令x/bx＝L/B,则等强度梁应变和载荷间的关系为：
ε＝σ/E＝6PL/EBh2
受力变形器随之形变，载荷引起的受力变形器形变量即为ε，ε和测量过程中温度变化ΔT引起Bragg波长λB的移位量Δλ为如下式所示
ΔλB1＝KT1ΔT+Kε1Δε
ΔλB2＝KT2ΔT-Kε2Δε
式中第二项中载荷引起形变量ε与载荷放置位置有关，第一项与环境温度有关。其中环境温度的影响可以通过将受力变形器的波长移位相减来消除。
2KεΔε＝ΔλB1-ΔλB2
得到复合波长变化量Δλ，它同载荷量F成线性变化关系，而与载荷位置和温度无关。
本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：
1、由于本实用新型采用了悬臂梁结构，可以有效消除应力位置偏移造成的误差，以及可以有效消除温度对拉力传感器造成的影响，能更加安全有效的监测输电线路导线的覆冰情况，检测使用便捷、快速，检测数值误差低，检测工作效率高；
2、采用光纤光栅制成的受力变形器具有绝缘性能好、抗电磁干扰，进行检测作业时不需要现场电源，设置保险环使本装置在受到高于安全范围的应力时，为本装置的结构及传感器的安全性提供了安全保障，并延长了本装置的使用寿命。
3、本实用新型的外露部分涂有可以自发光的荧光材料，可以在夜间或者黑暗室内以及地下施工环境清楚地标示传感器位置，能有效地起到安全提示的作用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的使用状态参考图；
图中标号：1—活动挂接件，2—保护壳体，3—受力悬臂，4—保险环，5—受力变形器，6—信息传感线，7—控制装置，8—固定挂接件。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的其中一个实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1至图2所示的基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，包括活动挂接件1、保险环4、保护壳体2、受力悬臂3、受力变形器5，所述保护壳体2的顶部设置有与其轴心线重合的活动挂接件1，活动挂接件1向下穿入保护壳体2内部连接受力悬臂3，活动挂接件1与保护壳体2动配合，使活动挂接件1受力时能上下移动，在保护壳体2顶部的内侧和外侧的活动挂接件1上分别设置保险环4，使保护壳体2的顶部、两个保险环4和活动挂接件1组合成丰字形结构，所述受力悬臂3的下端连接保护壳的底部，所述受力悬臂3的中上部设置有受力变形器5，受力变形器5连接信息传感线6，信息传感线6则穿出保护壳体2连接控制装置7，在保护壳体2的底部设有固定挂接件8。
进一步的，控制装置7检测、计算受力变形器5的变形信息，并将计算得的信息以数字形式显示出。
进一步的，设置于活动挂接件1上的两个保险环4之间留有供活动挂接件1上下移动的间距，保证受力悬臂3受力时能上下运动实现测量，又防止活动挂接件1或受力悬臂3受力过大脱离保护壳体2，造成测量事故。
进一步的，受力变形器5固定设置于受力悬臂3上，其长度不大于受力悬臂3与保护壳体2内侧壁之间的宽度。
进一步的，挂接件1与受力悬臂3、保险环4均为可拆卸地连接。
进一步的，保护壳体2为顶部开口的圆柱状、规则立方体状结构，且护壳体顶部的开口的口径小于保险环4的直径。
进一步的，信息传感线6为光纤。
进一步的，受力变形器5为光纤光栅。
进一步的，活动挂接件1、固定挂接件8为挂钩或环扣。
进一步的，控制装置7为光纤光栅解调仪。
进一步的，挂接件1、保险环4、保护壳体2、受力悬臂3的制作材料均为抗拉伸、抗变形材料，其中，在活动挂接件1、保护壳体2和保险环4以及固定挂接件8的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和防锈层以及警示层，警示层上涂有荧光粉。
具体的，在注塑层上注塑有高分子耐磨材料；所述防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；所述警示层为黄色或黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆。
本实用新型的工作原理及使用流程：使用时，操作人员只需要把本装置通过固定挂接件8固定，随后将待测拉力连接至活动挂接件1上，待测拉力通过拉动活动挂接件1使受力悬臂3产生形变，受力悬臂3在变形的同时设置于其上的受力变形器5受到应力，改变受力变形器5的中心波长，信息传感线6则把受力变形器5中心波长变化的信息通过信息传感线6传递给控制装置7，控制装置7先解调出受力变形器5中心波长，再计算出拉力的数值，并把数值显示出来，实现拉力检测。
在上述的实施操作过程中，当待测拉力集中力作用在受力悬臂的自由端时,距力的作用点任何距离处截面上的应力相等,因此能够保证受力悬臂在轴向上的应变力较为均匀,降低了对受力变形器安装位置的要求。当受力悬臂受力后,受力悬臂上下两表面分别受拉力和压力,在受力悬臂的上下部对称设置受力变形器,消除温度的误差。
当受力悬臂上加一个集中载荷时,距加载点距离的断面上弯距二为：
Mx＝Px
相应断面上的最大应力σ为：
Σ＝Px/W
式中：W－抗弯断面模量。
设受力悬臂的断面为矩形,bx为宽度,h为厚度,则：
W＝bxh2/6
因而，
σ＝6Px/bxh2
所谓等强度,即指各个断面在力的作用下应力相等,即σ值不变，显然当受力悬臂的h厚度不变时,受力悬臂的宽度必须随着x的变化而变化。
令x/bx＝L/B,则等强度梁应变和载荷间的关系为：
ε＝σ/E＝6PL/EBh2
受力变形器随之形变，载荷引起的受力变形器形变量即为ε，ε和测量过程中温度变化ΔT引起Bragg波长λB的移位量Δλ为如下式所示
ΔλB1＝KT1ΔT+Kε1Δε
ΔλB2＝KT2ΔT-Kε2Δε
式中第二项中载荷引起形变量ε与载荷放置位置有关，第一项与环境温度有关。其中环境温度的影响可以通过将受力变形器的波长移位相减来消除。
2KεΔε＝ΔλB1-ΔλB2
得到复合波长变化量Δλ，它同载荷量F成线性变化关系，而与载荷位置和温度无关。
最后，需要说明的是，以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，包括活动挂接件(1)、保险环(4)、保护壳体(2)、受力悬臂(3)、受力变形器(5)，其特征在于：所述保护壳体(2)的顶部设置有与其轴心线重合的活动挂接件(1)，活动挂接件(1)向下穿入保护壳体(2)内部连接受力悬臂(3)，活动挂接件(1)与保护壳体(2)动配合，在保护壳体(2)顶部的内侧和外侧的活动挂接件(1)上分别设置保险环(4)，使保护壳体(2)的顶部、两个保险环(4)和活动挂接件(1)组合成丰字形结构，所述受力悬臂(3)的下端连接保护壳的底部，所述受力悬臂(3)的中上部设置有受力变形器(5)，所述受力变形器(5)连接信息传感线(6)，信息传感线(6)则穿出保护壳体(2)连接控制装置(7)，在所述保护壳体(2)的底部设有固定挂接件(8)。
2.根据权利要求1所述基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述受力变形器(5)固定设置于受力悬臂(3)上，其长度不大于受力悬臂(3)与保护壳体(2)内侧壁之间的宽度。
3.根据权利要求1所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述挂接件(1)与受力悬臂(3)、保险环(4)均为可拆卸地连接。
4.根据权利要求2所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述保护壳体(2)为顶部开口的圆柱状、规则立方体状结构，且护壳体顶部的开口的口径小于保险环(4)的直径。
5.根据权利要求1所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述信息传感线(6)为光纤。
6.根据权利要求1所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述受力变形器(5)为光纤光栅。
7.根据权利要求1所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述活动挂接件(1)、固定挂接件(8)为挂钩或环扣。
8.根据权利要求1所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述控制装置(7)为光纤光栅解调仪。
9.根据权利要求1所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：所述挂接件(1)、保险环(4)、保护壳体(2)、受力悬臂(3)的制作材料均为抗拉伸、抗变形材料，其中，在活动挂接件(1)、保护壳体(2)和保险环(4)以及固定挂接件(8)的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和防锈层以及警示层，警示层上涂有荧光粉。
10.根据权利要求9所述一种基于受力悬臂梁的FBG拉力传感器，其特征在于：在注塑层上注塑有高分子耐磨材料；所述防锈层包括环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆以及位于环氧富锌底漆和氯化橡胶面漆之间的环氧云铁中间漆；所述警示层为黄色或黑色的反光警示带或反光色膜或反光漆。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920563941.4U CN209639870U (zh) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | 一种基于受力悬臂梁的fbg拉力传感器 |
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| CN201920563941.4U CN209639870U (zh) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | 一种基于受力悬臂梁的fbg拉力传感器 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN209639870U true CN209639870U (zh) | 2019-11-15 |
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Family Applications (1)
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| CN201920563941.4U Active CN209639870U (zh) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | 一种基于受力悬臂梁的fbg拉力传感器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN209639870U (zh) |
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2019
- 2019-04-24 CN CN201920563941.4U patent/CN209639870U/zh active Active
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