專利名稱：一種力值監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感裝置，具體涉及一種力值監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
力值的測(cè)量是最普遍的需求之一，其應(yīng)用面非常廣闊，從日常生活到工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)均是需要的，其中應(yīng)用最多的是電阻應(yīng)變片，其體積小、成本低、應(yīng)用廣，但其缺點(diǎn)也是突 出。電阻應(yīng)變片依靠微弱的電阻變化來(lái)反映力值的變化，存在著非線性問題、溫度漂移和零點(diǎn)偏移等問題，這些需要精密的電橋電路來(lái)保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，當(dāng)處于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)測(cè)試電路造成影響，這不僅影響電阻應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)其使用壽命也有較大不利影響。另外，在易燃易爆的場(chǎng)所使用也需采取特殊的結(jié)構(gòu)，從而增加了成本。光纖光柵是近年來(lái)發(fā)展較快的一種光纖傳感技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的如電阻應(yīng)變片類型的傳感裝置，具有精度高、壽命長(zhǎng)、抗電磁干擾，易于與微機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)，但基于光纖光柵(這里簡(jiǎn)稱FBG)的力值傳感器也有一些缺點(diǎn)，如動(dòng)態(tài)范圍小、監(jiān)測(cè)設(shè)備昂貴等問題。在《光電子 激光》2005年第16卷第10期刊登的《光纖光柵在預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力測(cè)量中的應(yīng)用》文章中結(jié)論部分就提到，“……，對(duì)應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)變?yōu)?457 μ ε時(shí)，F(xiàn)BG出現(xiàn)斷裂。由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)變通?？蛇_(dá)到10000 μ ε以上，因此FBG的貼裝工藝需改進(jìn)，……”。上述文章中提到的對(duì)應(yīng)FBG斷裂的應(yīng)變值是實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，實(shí)際工程的長(zhǎng)期使用環(huán)境下，對(duì)應(yīng)FBG斷裂的應(yīng)變值由于應(yīng)力腐蝕等問題會(huì)小很多。另一方面，鋼材料的線熱膨脹系數(shù)大約高于基于石英材料的FBG的線熱膨脹系數(shù)兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這也是需要考慮的因素之一。所以，F(xiàn)BG應(yīng)變監(jiān)測(cè)工程中的貼裝工藝的改進(jìn)需要滿足諸多苛刻條件的要求，如測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和線性問題，長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性和壽命問題，以及線熱膨脹系數(shù)差異所引入的問題，這些都限制了其在實(shí)際工程中的推廣使用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種力值監(jiān)測(cè)裝置，具有微彎光纖傳感技術(shù)的精度高、抗電磁干擾、成本低的優(yōu)點(diǎn)，且其光路是全封閉的具有良好的穩(wěn)定性、大的動(dòng)態(tài)范圍、長(zhǎng)壽命及抗振動(dòng)特性，其檢測(cè)設(shè)備可使用光纖通信領(lǐng)域最常見的光源-光功率計(jì)就可以，使該力值監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，并可應(yīng)用于易燃易爆場(chǎng)所，減少安全事故的發(fā)生可能性，使用價(jià)值高，適應(yīng)性強(qiáng)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種力值監(jiān)測(cè)裝置，包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在所述的殼體上有一開口，一個(gè)移動(dòng)桿與開口滑動(dòng)配合，所述的移動(dòng)桿的一端與位于所述的殼體內(nèi)的滑板連接，所述的移動(dòng)桿的另一端位于殼體外，在所述的殼體上和位于殼體外的移動(dòng)桿上安裝有固定或連接裝置；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號(hào)光纖穿過的曲線形測(cè)試通道和與信號(hào)光纖相接且對(duì)信號(hào)光纖中的光信號(hào)功率變化量進(jìn)行同步測(cè)試與分析處理的測(cè)試單元；所述曲線形測(cè)試通道包括曲線形支架以及連續(xù)布設(shè)在所述曲線形支架上相對(duì)兩側(cè)的多個(gè)變形齒一和多個(gè)變形齒二，所述多個(gè)變形齒一和多個(gè)變形齒二呈交錯(cuò)對(duì)應(yīng)布設(shè)且二者的頭部之間形成供一個(gè)或多個(gè)信號(hào)光纖穿過的曲線形通道，所述變形齒一和變形齒二對(duì)應(yīng)布設(shè)在信號(hào)光纖的兩側(cè)；在所述的殼體內(nèi)壁與滑板間安置有曲線形測(cè)試通道。在所述的滑板與殼體內(nèi)壁間還安置有與曲線形測(cè)試通道并聯(lián)的輔助彈簧。在所述的滑板與殼體內(nèi)部相對(duì)的兩個(gè)面之間分別安置是輔助彈簧和曲線形測(cè)試通道。所述的輔助彈簧是蝶形彈簧或蝶形彈簧的組合。所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。所述的測(cè)試單元?dú)んw外，所述的信號(hào)光纖的一部分穿過殼體壁上的開口并與測(cè)試單元連接。在所述的殼體內(nèi)壁與滑板間安置有與曲線形測(cè)試通道串聯(lián)連接的補(bǔ)償彈簧。在所述的移動(dòng)桿上安置有防扭器。在所述的殼體內(nèi)壁有凹槽，滑板上有凸棱，所述的凹槽和凸棱是滑動(dòng)配合。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制作簡(jiǎn)便、投入成本低且使用方式靈活、靈敏度高。2、通過采用基于光纖微彎傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)裝置可以提高測(cè)試精度，并具有良好的抗電磁干擾能力、耐腐蝕性，同時(shí)具有良好的抗震能力，適于實(shí)際工程環(huán)境條件。3、其全封閉的光路檢測(cè)系統(tǒng)，提高了光纖傳感單元的穩(wěn)定性、可靠性，增加了力值傳感裝置的安全性，并適于應(yīng)用在易燃易爆的場(chǎng)所。4、采用特種光纖可以大幅度的延長(zhǎng)光纖傳感單元的使用壽命，如采用理論設(shè)計(jì)壽命200年的碳涂覆光纖，可以大大降低維護(hù)成本。5、本發(fā)明的力值傳感裝置具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，并且更換不同的輔助彈簧可以檢測(cè)不同的力值范圍，具有更廣闊的應(yīng)用前景。綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、加工制作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大，實(shí)用價(jià)值高，并適于易燃易爆及腔電磁干擾環(huán)境，防止事故的發(fā)生，具有廣闊的應(yīng)用前景。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例I中曲線形測(cè)試通道的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)施例I中曲線形支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實(shí)施例2中曲線形測(cè)試通道的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)施例3中曲線形測(cè)試通道的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5中A處的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為實(shí)施例4中曲線形測(cè)試通道的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7沿A-A’剖面結(jié)構(gòu)示意圖。[0031]圖9本實(shí)用新型實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10本實(shí)用新型實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11本實(shí)用新型實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明I-光纜；2_殼體；3_頂蓋；4-1-變形齒一 ；4-2_變形齒二 ；5-測(cè)試單元；6-曲線型測(cè)試通道；7-拉眼；8-拉環(huán)；9-輔助彈簧；10-移動(dòng)桿；11-補(bǔ)償彈簧；12_滑板；13_凸棱；14-防扭器；15-蝶形彈簧；16_凹槽；19_曲線型殼體；33-信號(hào)光纖；38_彈簧；40_波紋管；42-管壁；36_柱體；37_縫隙。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I如圖1、2和3所示的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，包括一殼體2，殼體2上有頂蓋3，還包括一光纖彎曲傳感單元；在所述的殼體2上有一開口，一個(gè)移動(dòng)桿10與開口滑動(dòng)配合，所述的移動(dòng)桿10的一端與位于所述的殼體2內(nèi)的滑板12連接,所述的移動(dòng)桿10的另一端位于殼體2外,在所述的殼體2上和位于殼體2外的移動(dòng)桿10上安裝拉眼7 ;所述光纖彎曲傳感單元包括供信號(hào)光纖33穿過的曲線形測(cè)試通道6和與信號(hào)光纖33相接且對(duì)信號(hào)光纖33中的光信號(hào)功率變化量進(jìn)行同步測(cè)試與分析處理的測(cè)試單元5，優(yōu)選的，測(cè)試單元5位于殼體2以外；所述曲線形測(cè)試通道6包括曲線形支架以及連續(xù)布設(shè)在所述曲線形支架上相對(duì)兩側(cè)的多個(gè)變形齒一 4-1和多個(gè)變形齒二 4-2，所述多個(gè)變形齒一 4-1和多個(gè)變形齒二 4-2呈交錯(cuò)對(duì)應(yīng)布設(shè)且二者的頭部之間形成供一個(gè)或多個(gè)信號(hào)光纖33穿過的曲線形通道，所述變形齒一 4-1和變形齒二 4-2對(duì)應(yīng)布設(shè)在信號(hào)光纖33的兩側(cè)；在所述的殼體2內(nèi)壁與滑板12間安置有曲線形測(cè)試通道6。本實(shí)施例中，曲線形支架為曲線型殼體19，多個(gè)變形齒一 4-1和多個(gè)變形齒二 4-2對(duì)應(yīng)布設(shè)在曲線形殼體19的內(nèi)壁上，信號(hào)光纖33的一部分穿過殼體2并通過光纜I與測(cè)試單元5連接。優(yōu)選的，在殼體2內(nèi)部還安置有與曲線形測(cè)試通道6串聯(lián)相接的補(bǔ)償彈簧11，補(bǔ)償彈簧11的另一端與殼體2內(nèi)壁相接。由于補(bǔ)償彈簧11的存在可以進(jìn)一步增加移動(dòng)桿10可被檢測(cè)的范圍，也就是能夠檢測(cè)驅(qū)動(dòng)桿10更大的移動(dòng)距離。殼體2通過拉環(huán)8固定，然后通過拉眼7與待測(cè)物連接，當(dāng)力值F作用使移動(dòng)桿10移動(dòng)時(shí)，固定于移動(dòng)桿10上的滑板12也移動(dòng),從而使布設(shè)于曲線形殼體19內(nèi)的變形齒一4-1與變形齒二 4-2齒間的距離改變，變形齒一 4-1與變形齒二 4-2齒間的距離改變導(dǎo)致夾持于兩者之間的信號(hào)光纖33的彎曲曲率變化，信號(hào)光纖33的彎曲曲率變化使傳輸于信號(hào)光纖33內(nèi)的光信號(hào)功率變化，通過光纜I后測(cè)試單元5測(cè)得該變化信號(hào)并經(jīng)計(jì)算得到曲線形殼體19的彎曲狀態(tài)，從而得到移動(dòng)桿10移動(dòng)的距離，并進(jìn)一步可計(jì)算出作用于移動(dòng)桿10上的F力值的大小。優(yōu)選的，在所述的移動(dòng)桿10上安置有防扭器14，當(dāng)有旋轉(zhuǎn)力值時(shí)通過防扭器14來(lái)消除旋轉(zhuǎn)的力值。[0047]優(yōu)選的，在所述的殼體2內(nèi)壁有凹槽16，滑板12上有凸棱13，所述的凹槽16和凸棱13是滑動(dòng)配合。優(yōu)選的，所述的信號(hào)光纖33周圍填充有阻水材料。如阻水油膏或阻水膠黏劑，防止水分子或其他雜質(zhì)對(duì)信號(hào)光纖33的侵蝕，延長(zhǎng)信號(hào)光纖33的使用壽命。優(yōu)選的，所述的信號(hào)光纖33可采用碳涂覆光纖、聚亞酰胺涂覆光纖、金屬涂層信號(hào)光纖、細(xì)徑光纖等特種光纖。實(shí)施例2如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I不同的是所述曲線形測(cè)試通道6中包含的曲線形支架為彈簧38，多個(gè)變形齒一 4-1和多個(gè)變形齒二 4-2對(duì)應(yīng)布設(shè)在彈簧38中相鄰兩圈彈 簧絲之間，且變形齒一 4-1和變形齒二 4-2相互交錯(cuò)布設(shè)。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例I相同。實(shí)施例3如圖5和6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I不同的是所述曲線形測(cè)試通道6中包含的曲線形支架為波紋管40，變形齒一 4-1和變形齒二 4-2對(duì)應(yīng)布設(shè)在波紋管40的管壁42上內(nèi)凹處的相對(duì)兩個(gè)側(cè)面上，且變形齒一 4-1和變形齒二 4-2相互交錯(cuò)布設(shè)。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例I相同。實(shí)施例4如圖7和8所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I不同的是所述曲線形支架10為柱體36，在柱體36的側(cè)壁上分布有縫隙37，在縫隙37的上下兩側(cè)布設(shè)有相互交錯(cuò)對(duì)應(yīng)的變形齒一4-1和變形齒二 4-2。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例I相同。實(shí)施例5如圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I不同的是在所述的滑板12與殼體2內(nèi)壁間還安置有與曲線形測(cè)試通道6并聯(lián)的輔助彈簧9。由于力值F范圍的不同，可以選擇適當(dāng)?shù)妮o助彈簧9使曲線形測(cè)試通道6的變形能夠適應(yīng)力值F的范圍，從而使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例I相同。實(shí)施例6如圖10所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I不同的是在所述的滑板12與殼體2內(nèi)壁間還安置有與曲線形測(cè)試通道6并聯(lián)的蝶形彈簧15構(gòu)成的組合。蝶形彈簧15具有承受力值大、變形小的特點(diǎn)，通過使用蝶形彈簧15構(gòu)成的組合可以監(jiān)測(cè)較大的力值F。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例I相同。實(shí)施例7如圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I不同的是所述的滑板12與殼體2內(nèi)部相對(duì)的兩個(gè)面之間分別安置是輔助彈簧9和曲線形測(cè)試通道6。從而可以對(duì)力值F是壓力作用時(shí)監(jiān)測(cè)。本實(shí)施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實(shí)施例I相同。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在所述的殼體上有一開口，一個(gè)移動(dòng)桿與開口滑動(dòng)配合，所述的移動(dòng)桿的一端與位于所述的殼體內(nèi)的滑板連接，所述的移動(dòng)桿的另一端位于殼體外，在所述的殼體上和位于殼體外的移動(dòng)桿上安裝有固定或連接裝置；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號(hào)光纖穿過的曲線形測(cè)試通道和與信號(hào)光纖相接且對(duì)信號(hào)光纖中的光信號(hào)功率變化量進(jìn)行同步測(cè)試與分析處理的測(cè)試單元；所述曲線形測(cè)試通道包括曲線形支架以及連續(xù)布設(shè)在所述曲線形支架上相對(duì)兩側(cè)的多個(gè)變形齒一和多個(gè)變形齒二，所述多個(gè)變形齒一和多個(gè)變形齒二呈交錯(cuò)對(duì)應(yīng)布設(shè)且二者的頭部之間形成供一個(gè)或多個(gè)信號(hào)光纖穿過的曲線形通道，所述變形齒一和變形齒二對(duì)應(yīng)布設(shè)在信號(hào)光纖的兩側(cè)；在所述的殼體內(nèi)壁與滑板間安置有曲線形測(cè)試通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述的滑板與殼體內(nèi)壁間還安置有與曲線形測(cè)試通道并聯(lián)的輔助彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述的滑板與殼體內(nèi)部相對(duì)的兩個(gè)面之間分別安置是輔助彈簧和曲線形測(cè)試通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的輔助彈簧是蝶形彈簧或蝶形彈簧的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求的4所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的測(cè)試單元?dú)んw外，所述的信號(hào)光纖的一部分穿過殼體壁上的開口并與測(cè)試單元連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述的殼體內(nèi)壁與滑板間安置有與曲線形測(cè)試通道串聯(lián)連接的補(bǔ)償彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述的移動(dòng)桿上安置有防扭器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種力值監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于在所述的殼體內(nèi)壁有凹槽，滑板上有凸棱，所述的凹槽和凸棱是滑動(dòng)配合。
專利摘要一種力值監(jiān)測(cè)裝置，包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在殼體上有一開口，一個(gè)移動(dòng)桿與開口滑動(dòng)配合，移動(dòng)桿的一端與位于殼體內(nèi)的滑板連接，移動(dòng)桿的另一端位于殼體外；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號(hào)光纖穿過的曲線形測(cè)試通道和與信號(hào)光纖相接且對(duì)信號(hào)光纖中的光信號(hào)功率變化量進(jìn)行同步測(cè)試與分析處理的測(cè)試單元；所述曲線形測(cè)試通道包括曲線形支架以及連續(xù)布設(shè)在所述曲線形支架上相對(duì)兩側(cè)的多個(gè)變形齒一和多個(gè)變形齒二，二者的頭部之間形成供一個(gè)或多個(gè)信號(hào)光纖穿過的曲線形通道，變形齒一和變形齒二對(duì)應(yīng)布設(shè)在信號(hào)光纖的兩側(cè)；在殼體內(nèi)壁與滑板間安置有曲線形測(cè)試通道；具有微彎光纖傳感技術(shù)的精度高、抗電磁干擾、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L1/24GK202372282SQ20112043583
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者杜兵 申請(qǐng)人:西安金和光學(xué)科技有限公司