專利名稱:一種光纖光柵拉力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域,特別涉及一種光纖光柵拉力傳感器。
背景技術(shù):
目前,常用的拉力傳感器多為電阻應(yīng)變式拉力傳感器,雖然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍廣、成本低等許多優(yōu)點(diǎn),但是也具有一定的局限性,例如抗電磁干擾能力和抗雷擊能力較差、傳輸距離不遠(yuǎn)、需要現(xiàn)場(chǎng)供電、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性不好等。這些都使電阻應(yīng)變式拉力傳感器在許多工程領(lǐng)域中應(yīng)用受到諸多限制,例如在架空高壓輸電線拉力監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中,現(xiàn)場(chǎng)面臨強(qiáng)電磁干擾環(huán)境、沒有電力供應(yīng)、長(zhǎng)期處于濕熱循環(huán)的等惡劣環(huán)境中會(huì)使電阻應(yīng)變片的使用壽命縮短等諸多不利因素。近十幾年來,由于光纖光柵傳感技術(shù)的快速發(fā)展,更由于光纖光柵具有不受電磁干擾影響、現(xiàn)場(chǎng)無需供電、能在易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用、長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn),在拉力測(cè)量領(lǐng)域中越來越受到科技工作者的重視。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的新型拉力傳感器,來解決現(xiàn)有技術(shù)中抗電磁干擾能力較差、現(xiàn)場(chǎng)供電難、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性不理想等技術(shù)問題。本發(fā)明發(fā)布的這種光纖光柵拉力傳感器,由一個(gè)彈性傳感基體、一個(gè)左擋板、兩個(gè)“O”型圈、一個(gè)溫補(bǔ)光纖光柵、一個(gè)保護(hù)筒、兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵、一個(gè)右擋板、一個(gè)鎧裝光纜、一個(gè)光纜接頭、一個(gè)金屬軟管構(gòu)成。其中,所述的彈性傳感基體是由彈性金屬材料通過精密機(jī)械加工而成的,是由左安裝孔、左裝配螺紋、彈性桿、右裝配螺紋、右安裝孔五部分組成。所述的左安裝孔和所述的右安裝孔用于與現(xiàn)有U型金具配合,給所述的彈性桿施加拉力;所述的左裝配螺紋和所述的右裝配螺紋分別與所述的左擋板和所述的右擋板進(jìn)行螺紋裝配;所述的彈性桿兩個(gè)對(duì)稱的側(cè)面用于粘接或者焊接所述的應(yīng)變光纖光柵,由所述的彈性桿感知外界拉力,產(chǎn)生相應(yīng)的形變,并傳遞給所述的應(yīng)變光纖光柵。本發(fā)明的光纖光柵拉力傳感器制作的基本操作步驟如下1)將所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵采用環(huán)氧樹脂膠粘或者錫焊焊接方式等現(xiàn)有技術(shù)沿軸向?qū)ΨQ固定在所述的彈性桿兩側(cè);2)將所述的鎧裝光纜處理好,露出一段光纖,并將其穿過所述的光纜接頭的中心孔,密封固定好;3)將所述的鎧裝光纜穿到所述的不銹鋼軟管中,并將所述的不銹鋼軟管與所述的光纜接頭密封固定好;4)將所述的“O”型圈分別套入所述的左擋板和所述的右擋板相應(yīng)的環(huán)形槽中;5)將所述的右擋板通過所述的右裝配螺紋安裝在所述的彈性傳感基體上,并在螺紋處點(diǎn)密封膠,做密封處理;6)將帶有鎧裝光纜的所述的光纜接頭通過螺紋安裝在所述的右擋板上,并利用密封膠進(jìn)行密封;7)將所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵和所述的溫補(bǔ)光纖光柵的尾纖依次通過光纖熔接機(jī)連接在一起,并將所述的應(yīng)變光纖光柵的尾纖與所述的鎧裝光纜露出的光纖用光纖熔接機(jī)連接在一起;8)將所述的溫補(bǔ)光纖光柵固定好,用膠固定好;9)將所述的保護(hù)筒套在所述的右擋板上;10)將所述的左擋板通過所述的左裝配螺紋安裝在所述的彈性傳感基體上,并用所述的保護(hù)筒配合好。進(jìn)一步的,所述的彈性傳感基體的材質(zhì)可以為不銹鋼、或者碳鋼、或者青銅、或者其它良好的彈性材料的一種。
進(jìn)一步的,所述的彈性桿的橫截面可以是圓形、或者正方形、或者長(zhǎng)方形、或者多邊形的一種。進(jìn)一步的,所述的應(yīng)變光纖光柵的功能是感知所述的彈性桿所受外界拉力作用下產(chǎn)生的形變,其數(shù)量可以是一支、或者兩支、或者多支均布。本發(fā)明采用了兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵對(duì)稱布置的方式是為了消除或者減小因拉力偏心導(dǎo)致的測(cè)量誤差,也可以采用三支或者三支以上的所述的應(yīng)變光纖光柵沿所述的彈性桿軸向進(jìn)行均布。進(jìn)一步的,所述的溫補(bǔ)光纖光柵的功能是測(cè)量傳感器周圍的環(huán)境溫度變化,為補(bǔ)償因環(huán)境溫度變化而引起的所述的應(yīng)變光纖光柵的波長(zhǎng)變化提供溫度變化的信息。本發(fā)明的基本工作原理是施加在所述的彈性傳感基體上兩側(cè)的拉力使所述的彈性桿產(chǎn)生軸向形變,進(jìn)而使所述的應(yīng)變光纖光柵受到拉伸或者壓縮,從而引起了所述的應(yīng)變光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng),通過探測(cè)所述的應(yīng)變光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)量,即可檢測(cè)到待測(cè)拉力的變化信息。本發(fā)明和已有技術(shù)相對(duì)比,其效果是積極和明顯的。本發(fā)明利用光纖光柵來代替電阻應(yīng)變片,現(xiàn)場(chǎng)無需供電、不受電磁干擾和雷擊影響,大大提高了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性,使其適合在電磁干擾強(qiáng)度大、環(huán)境惡劣的野外環(huán)境中應(yīng)用。
圖I是本發(fā)明的光纖光柵拉力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的光纖光柵拉力傳感器的俯視圖。圖3是本發(fā)明的彈性傳感基體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中,I-彈性傳感基體;2_左擋板;3_ “O”型圈;4_溫補(bǔ)光纖光柵;5_保護(hù)筒;6-應(yīng)變光纖光柵;7_右擋板;8_鎧裝光纜;9_光纜接頭;10_不銹鋼軟管;11_左安裝孔;12-左裝配螺紋;13_彈性桿;14_右裝配螺紋;15_右安裝孔。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :下面結(jié)合附圖I、附圖2和附圖3對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施作詳細(xì)說明本發(fā)明所述的光纖光柵拉力傳感器,由一個(gè)彈性傳感基體I、一個(gè)左擋板2、兩個(gè)“O”型圈3、一個(gè)溫補(bǔ)光纖光柵4、一個(gè)保護(hù)筒5、兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵6、一個(gè)右擋板7、一個(gè)鎧裝光纜8、一個(gè)光纜接頭9、一個(gè)金屬軟管10構(gòu)成。其中,所述的彈性傳感基體I是由彈性金屬材料通過精密機(jī)械加工而成的,是由左安裝孔11、左裝配螺紋12、彈性桿13、右裝配螺紋
14、右安裝孔15五部分組成。所述的左安裝孔11和所述的右安裝孔15用于與現(xiàn)有U型金具配合,給所述的彈性桿13施加拉力;所述的左裝配螺紋12和所述的右裝配螺紋14分別與所述的左擋板2和所述的右擋板7進(jìn)行螺紋裝配;所述的彈性桿13兩個(gè)對(duì)稱的側(cè)面用于粘接或者焊接所述的應(yīng)變光纖光柵6,由所述的彈性桿13感知外界拉力,產(chǎn)生相應(yīng)的形變,并傳遞給所述的應(yīng)變光纖光柵6。具體地,本實(shí)施例的制作過程是I)將所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵6采用環(huán)氧樹脂膠粘或者錫焊焊接方式等現(xiàn)有技術(shù)沿軸向?qū)ΨQ固定在所述的彈性桿13的兩個(gè)側(cè)面上;2)將所述的鎧裝光纜8處理好,露出一段光纖,并將其穿過所述的光纜接頭9的中心孔,密封固定好;3)將所述的鎧裝光纜8穿到所述的不銹鋼軟管10中,并將所述的不銹鋼軟管10與所述的光纜接頭9密封固定好;4)將所述的兩個(gè)“O”型圈3分別套入所述的左擋板2和所述的右擋板7相應(yīng)的環(huán)形槽中;5)將所述的右擋板7安裝在所述的右裝配螺紋14上,并在螺紋處點(diǎn)密封膠,做密封處理;6)將帶有所述的鎧裝光纜8的所述的光纜接頭9通過螺紋安裝在所述的右擋板7上,并利用密封膠進(jìn)行密封;7)將所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵6和所述的溫補(bǔ)光纖光柵4的尾纖通過光纖熔接機(jī)連接在一起,并將所述的應(yīng)變光纖光柵6的剩余尾纖與所述的鎧裝光纜8露出的光纖用光纖熔接機(jī)連接在一起;8)將所述的溫補(bǔ)光纖光柵4固定好,并將所有尾纖固定保護(hù)好;9)將所述的保護(hù)筒5套在所述的右擋板7上;10)將所述的左擋板2安裝在所述的左裝配螺紋12上,并用所述的保護(hù)筒5配合好。本發(fā)明的實(shí)施例的工作過程是本發(fā)明所述的光纖光柵拉力傳感器通過將現(xiàn)有U 型金具安裝在所述的左安裝孔11和所述的右安裝孔15上,給所述的彈性桿13施加拉力,使之產(chǎn)生相應(yīng)的形變,進(jìn)而使所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵6受到拉伸或者壓縮,從而引起所述的應(yīng)變光纖光柵6的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng),通過探測(cè)所述的應(yīng)變光纖光柵6的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)量,即可檢測(cè)到所受拉力的變化信息。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明公開的光纖光柵拉力傳感器,由一個(gè)彈性傳感基體、一個(gè)左擋板、兩個(gè)“O”型圈、一個(gè)溫補(bǔ)光纖光柵、一個(gè)保護(hù)筒、兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵、一個(gè)右擋板、一個(gè)鎧裝光纜、一個(gè)光纜接頭、一個(gè)金屬軟管組成,其特征在于 所述的彈性傳感基體是由左安裝孔、左裝配螺紋、彈性桿、右裝配螺紋、右安裝孔五部分組成; 所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵通過現(xiàn)有技術(shù)固定在所述的彈性桿的兩側(cè),所述的彈性傳感基體受到外界拉力后,由所述的彈性桿感知外界拉力,產(chǎn)生相應(yīng)的形變,并傳遞給所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵; 所述的左擋板和所述的右擋板分別通過所述的左裝配螺紋和所述的右裝配螺紋裝配到所述的彈性傳感基體上,而所述的保護(hù)筒與所述的左擋板和所述的右擋板裝配到一起,并由所述的“O”型圈進(jìn)行密封; 所述的兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵、所述的溫補(bǔ)光纖光柵、所述的鎧裝光纜的尾纖利用光纖熔接機(jī)熔接在一起,并固定保護(hù)好; 所述的鎧裝光纜與所述的光纜接頭進(jìn)行密封連接,由所述的不銹鋼軟管進(jìn)行保護(hù),并通過螺紋安裝在所述的右擋板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖光柵拉力傳感器,其進(jìn)一步特征在于所述的彈性傳感基體的材質(zhì)可以為不銹鋼、或者碳鋼、或者青銅、或者其它良好的彈性材料的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖光柵拉力傳感器,其進(jìn)一步特征在于所述的彈性桿的橫截面可以是圓形、或者正方形、或者長(zhǎng)方形、或者多邊形的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖光柵拉力傳感器,其進(jìn)一步特征在于所述的應(yīng)變光纖光柵的功能是感知所述的彈性桿所受外界拉力作用下產(chǎn)生的形變,其數(shù)量可以是一支、或者兩支、或者多支均布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖光柵拉力傳感器,由一個(gè)彈性傳感基體、一個(gè)左擋板、兩個(gè)“O”型圈、一個(gè)溫補(bǔ)光纖光柵、一個(gè)保護(hù)筒、兩個(gè)應(yīng)變光纖光柵、一個(gè)右擋板、一個(gè)鎧裝光纜、一個(gè)光纜接頭、一個(gè)金屬軟管構(gòu)成。施加在彈性傳感基體上兩側(cè)的拉力使其中部的彈性體產(chǎn)生軸向形變,進(jìn)而使應(yīng)變光纖光柵受到拉伸或者壓縮,從而引起了應(yīng)變光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng),通過探測(cè)應(yīng)變光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)量,即可檢測(cè)到待測(cè)拉力的變化信息。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不受電磁干擾、現(xiàn)場(chǎng)無需供電、穩(wěn)定性和可靠性高,尤其適合在電磁干擾強(qiáng)度大、環(huán)境惡劣的野外環(huán)境中應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01L1/24GK102620869SQ20121008523
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:趙恩國(guó), 鐘少龍