一种新型表贴式可调量程光纤光栅位移计

摘要

本发明具体公开了一种新型表贴式可调量程光纤光栅位移计，包括外壳，蝶形支架，测量外臂、调节臂、光栅固定机构和光纤光栅传感器，所述的蝶形支架、测量外臂、调节臂和光栅固定机构设于外壳表面，所述的测量外臂通过调节臂与蝶形支架的一端相连，所述的光栅固定机构与蝶形支架的另一端相连，所述的光纤光栅传感器一端固定于光栅固定机构上，另一端与光纤解调仪相连；所述的蝶形支架为非对称结构。本发明基于光纤光栅传感原理设计，采用不锈钢材料，强度高，耐久性好，封装简单，固定传感器方式灵活，可以根据现场实际情况进行调整量程和精度，应用范围广，传感器全部使用光学元件，防水效果佳，且易于组网，可实现实时在线测量。

说明书

 

技术领域

本发明具体涉及一种新型表贴式可调量程光纤光栅位移计，特别是可根据实际测量情况，调节量程与精度的表贴式光纤光栅位移计。

背景技术

目前在大型土木建筑工程与模型试验中，常常需要对裂缝、裂纹等量程范围不等位移量进行实时监测。常规的电类传感器，使用寿命有限，易受电磁信号干扰，体积大，防水性能差，无法满足实时监测的要求。光纤光栅体积小、重量轻、抗电磁干扰、防水防潮、便于使用和维护，基于光纤光栅的传感器具有带宽范围大、附加损耗小、波长编码抗干扰能力强、器件微型化、耦合性能好、集“传”和“感”于一体等特点，因而被广泛应用于土木工程、航空航天、生物医学、石油化工等行业。

基于光纤光栅的表贴式位移传感器集成了光纤光栅传感器的优势，克服了传统电学传感器缺点，但在监测过程中对于无法估计量程与精度的监测领域，极易出现超出量程或者精度不足等现象，甚至发生因位移量过大导致传感器损坏，检测数据丢失等严重测量事故，其可靠性能低，应对特殊场合，测量效果不甚满意。

发明内容

针对现有传感器的不足，本发明提供了一种新型表贴式可调量程光纤光栅位移计。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

    一种新型表贴式可调量程光纤光栅位移计，包括外壳，蝶形支架，测量外臂、调节臂、光栅固定机构和光纤光栅传感器，所述的蝶形支架、测量外臂、调节臂和光栅固定机构设于外壳表面，所述的测量外臂通过调节臂与蝶形支架的一端相连，所述的光栅固定机构与蝶形支架的另一端相连，所述的光纤光栅传感器一端固定于光栅固定机构上，另一端与光纤解调仪相连；所述的蝶形支架为非对称结构。

所述外壳外部设有固定基座，采用螺丝或粘结剂固定在被测体上。

所述的测量外臂的测量外端用螺丝固定于被测体上。

所述的调节臂上设有多个内嵌式的等距离的螺纹通口，所述测量外臂固定端采用固定螺丝与螺纹通口配合固定于调节臂上，测量外臂的测量端用螺丝固定于被测体上。

所述的外壳上设有燕尾槽，所述的蝶形支架通过螺丝和燕尾槽滑块设于燕尾槽内。

所述燕尾槽滑块只能在燕尾槽内部做直线往返运动。

所述光栅固定机构包括三层粘结在一起的长方形钢板，所述上层钢板比中间钢板的宽度小；所述中层钢板采用两板平行对接结构，中间留有1mm-10mm空隙，所述的下层钢板与中层钢板宽度一致，三层板长度不同，所述的上层钢板一端固定于碟形支架上。

所述光纤光栅传感器固定于中层钢板的空隙左侧或右侧，不可直接固定于空隙之上；光纤光栅传感器两端分别粘贴在中层两板上。

该光纤光栅位移计还包括温度补偿光栅，所述的温度补偿光栅粘贴在中层钢板的外侧上。

本发明待测位移量通过测量外臂作用在碟形支架，碟形支架进行正比放大或正比缩小后，将位移传递到光栅固定机构上，引起光纤光栅产生纵向拉伸或压缩，去除温度补偿因素后，经后台仪器解调与计算，得到最终测量值。外壳为长方体，用于保护碟形支架和光栅固定机构，方便固定传感器。光栅固定机构为三层钢板构架的光栅固定机构，固定并保护光纤光栅，使用非对称结构的碟形支架，使待测位移量与光纤光栅的拉压位移量成正比。调节臂内连碟形支架，外接测量外臂。通过选取不同的调节臂上的内嵌式固定口，实现传感器量程的调整。该位移传感器可根据测量需要，调整其量程，采用内嵌式固定口的调节臂，与测量外臂牢靠固定，量程调整方法简单，极大拓宽了应用场所且实用性好，采用三层钢板构架的光栅固定机构，巧妙保护光纤光栅，且具有温度自补偿功能。通过测试，该传感器性能良好。

所述外壳外部有固定基座，采用螺丝或粘结剂固定在被测体上，测量外臂的测量外端可用螺丝固定于被测体上，测量外臂不与外壳连接，可随位移运动。

所述测量外臂固定内端用螺丝固定于调节臂，调节臂设计多个等距螺纹通口，测量外臂通过选取不同内嵌式固定口调整传感器量程。

所述固定螺丝通过螺丝固定在外壳之外，其余活动螺丝都可在小范围内运动。

根据现场实际情况，设定量程，将测量外臂的内固定端固定在调节臂，测量外臂的外测量端固定在微小位移如裂缝上。当裂缝变大或缩小时，带动测量外臂外扩或者内缩，进而带动碟形支架的燕尾槽滑块在限定燕尾槽内做直线往返运动，这样导致光栅固定机构的中层钢板相对空隙做往返运动，从而引起光纤光栅的拉压运动，最终引起光纤光栅中心波长的变化。使用波长解调仪监测光纤光栅的中心波长，采集相应的数据信息，得到与位移增量或减量相对应的波长变化值。

本发明基于光纤光栅传感原理设计，采用不锈钢材料，强度高，耐久性好，封装简单，固定传感器方式灵活，可以根据现场实际情况进行调整量程和精度，应用范围广，传感器全部使用光学元件，防水效果佳，且易于组网，可实现实时在线测量。

附图说明

图1为本发明光纤光栅表贴式位移计的主视剖面图。

图2为本发明光纤光栅表贴式位移计的燕尾槽滑块侧视剖面图。

图3为本发明光纤光栅表贴式位移计的三层钢板光栅固定机构的正视剖面图；

图4为本发明光纤光栅表贴式位移计的三层钢板光栅固定机构的侧视剖面图；

图5为本发明光纤光栅表贴式位移计的调节臂的正视剖面图；

图6为本发明光纤光栅表贴式位移计的调节臂的侧视剖面图

图中1外壳，2光栅固定机构，3碟形支架，4调节臂，5测量外臂，6燕尾槽滑块，7燕尾槽，8光纤光栅，9可活动螺丝，10固定基座，11嵌入式固定口，12固定螺丝，13温度补偿光栅。

具体实施方式

根据现场实际情况，选定特定的量程，将测量外臂5的固定端固定在调节臂4，测量外臂5的外测量端固定在微小位移如裂缝等。当裂缝开裂或缩小时，位移变化带动测量外臂5外扩或者内缩，从而带动碟形支架3的燕尾槽滑块6在限定的燕尾槽7内做直线往复运动，导致固定光纤光栅8的光栅固定机构2相对中间空隙往返运动，进而拉压光纤光栅8，引起中心波长的变化。使用波长解调仪监测光纤光栅的中心波长，采集相应的数据信息，剔除温度变化因素，从而可以得到与位移增量或减量相对应的波长变化值。

外壳1外部有固定基座10，可以采用M3螺丝或粘结剂固定，测量外臂5的测量外端可用M3螺丝固定于测量物体，测量外臂5不与外壳1连接，可随位移运动。

测量外臂5固定内端可用M3螺丝固定于调节臂4，调节臂4设计多个等距M3螺纹通口，测量外臂5通过选取不同内嵌式固定口11调整传感器量程。

固定螺丝12通过M3螺丝固定在外壳1之外，其余可活动螺丝9都可在小范围内运动。

燕尾槽滑块6只能在燕尾槽7内部做直线往返运动。

光栅固定机构2使用三层长方形钢板粘结，其上层窄边钢板一端固定于碟形支架3的燕尾槽滑块上。

光栅固定机构2包括三层粘结在一起的长方形钢板，上层钢板比中间钢板的宽度小；中层钢板采用两板平行对接结构，中间留有1mm-10mm空隙，下层钢板与中层钢板宽度一致，三层板长度不同，上层钢板一端固定于碟形支架上。三层板长度不同，使用弹性胶上下固定。

光栅固定机构2中层钢板的两板只可做相对空隙往返运动。

所述光纤光栅8栅区固定于中层空隙左侧或右侧，不可直接固定于空隙之上。栅区两端分别粘贴在中层两板上。温度补偿光栅13粘贴在中层钢板的外侧上。

本发明的具体制作过程为：首先使用弹性胶固定上中下三层的钢板，组装完成光栅固定机构2，将光纤光栅8固定在光栅固定机构2中间钢板，注意光栅栅区不可直接固定于中层空隙之上，而是固定在空隙旁，降低因悬空导致栅区毁坏的可能性，栅区两端胶封在两块中层钢板。其次组装碟形支架3，并为光栅固定机构2预留固定点，燕尾槽滑块6按一定间隔放置在燕尾槽7内，将碟形支架3固定在燕尾槽滑块6上。最后将光栅固定机构2固定在碟形支架3上，光纤光栅8通过光纤引出外壳，连接到解调仪器上。根据测量要求，选定量程，将测量外臂5内固定端使用M3螺丝固定在调节臂4，并且密封外壳1。