專利名稱：透射式光柵應變計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于傳感技術領域，特別涉及一種可重復使用的透射式光柵應變傳感器。
背景技術：
在各工程領域中，無論是科學研究實驗還是實際工程監(jiān)測，應變(或應力)是反映結(jié)構狀態(tài)的一個至關重要的參數(shù)，準確地測量結(jié)構應變和長期動態(tài)的應變監(jiān)測對科學實驗和工程安全至關重要。目前常用的應變測量方法有電測法、壓電法、振弦法、光測法和聲測法。電測法是應用最廣泛的一種方法。最常見的電阻應變片，就是由敏感柵等構成用于測量應變的元件，它能將機械構件上應變的變化轉(zhuǎn)換為 電阻變化，測定電阻變化值即可算出相應的應變增量。其優(yōu)點是分辨率高、精度高、尺寸小、使用方便；不足之處在于:壽命短、抗干擾能力差、只能測量相對量即應變增量，不適于作長期監(jiān)測。壓電法是基于某些材料的壓電效應而提出的。壓電材料(如壓電陶瓷或晶體)在受力時會產(chǎn)生電壓(或電流)，測定該電壓即可求出所受壓力、應力和應變。由于電流不能保存，因而只能測增量，不能用于長期靜力測量，適用于動力測試。振弦法是利用鋼弦所受的軸力與橫向自振頻率的一一對應關系，通過測量自振頻率來推算出弦中軸力、應力和應變。振弦式應變計在鋼筋混凝土結(jié)構的應變測量中已得到較多的應用。其優(yōu)點是穩(wěn)定性好、工作可靠、能同時測量測點的溫度；但是，振弦式應變計中的鋼弦在長期荷載作用下易產(chǎn)生松弛，不宜用作長期測量，且傳感器尺寸較大。經(jīng)典的光測法包括光彈性法和光全息法等，已得到較廣泛的應用，但這些方法一般只能用于模型尤其是透明模型試驗，難以用于實際工程的內(nèi)部應力測量。光纖應變傳感技術(包括光纖光柵傳感技術)是一種極有前途的應變傳感技術，具有測量精度高、抗干擾能力強、能實現(xiàn)分布式測量等優(yōu)點，但目前還存在一些缺點光纖傳感器對生產(chǎn)工藝要求較嚴，成本較高，且其解調(diào)儀器價格昂貴，在長期測量中的效果還有待考證。另外，它在埋設方面也有一定困難。光柵測量技術目前主要應用于位移的精密計量，其原理是利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象來測量位移，其核心部件是光柵副，即標尺光柵和指示光柵。莫爾條紋起放大的作用，實際結(jié)構微小的位移就能引起莫爾條紋較大的移動，通過光電接收元件測量莫爾條紋的移動量即可得出實際物體的位移。計量光柵具有測量精度高、讀數(shù)速率高、分辨率高和讀數(shù)易實現(xiàn)數(shù)字化、自動化等優(yōu)點并且穩(wěn)定可靠，在位移傳感、自動控制領域得到了廣泛的應用。上述各種應變測量方法各有其優(yōu)缺點?，F(xiàn)以普通鋼筋混凝土結(jié)構為應變測量對象，從傳感器的安裝使用方便性、經(jīng)濟性和測量準確性上加以分析總結(jié)電阻應變片結(jié)構簡單、安裝方便、價格較便宜但為一次性使用，測量精度高，但對于混凝土結(jié)構由于粗骨料的存在而測量一個相對較長標距內(nèi)的平均應變更為合適，此時電阻應變片的優(yōu)勢不明顯；壓電法結(jié)構較簡單、價格較貴，精度較高，但由于無法用于長期靜力測量而使用上受到限制；光纖應變傳感器測量精度高且能實現(xiàn)分布式測量，表面安裝式可實現(xiàn)重復使用，但目前埋設使用有困難、價格昂貴；振弦式應變傳感器尺寸較大，適合混凝土結(jié)構的應變測量，表面安裝式可實現(xiàn)重復使用，經(jīng)濟性較好，精度較高。對于可重復使用的表面安裝式光纖應變傳感器以及振弦式應變傳感器，都需要將結(jié)構的應變傳遞到傳感器，使傳感器與測點具有相同的應變才能準確測量。目前傳感器表面安裝時都是通過兩端支架安裝在被測結(jié)構上，端支架又是通過粘結(jié)劑、螺栓或焊接固定在混凝土或鋼結(jié)構表面上，螺栓鉆孔或焊接本身會對結(jié)構造成影響。由于鋼管封裝的光纖傳感器及振弦式傳感器自身剛度較大，故傳遞應變時支架會有相對較大的彎曲或剪切變形及滑移，從而導致結(jié)構表面的應變通過支架傳遞到傳感器存在應變傳遞的損失，而由于加工及實際安裝的偏差，準確的進行一致性標定是不可能的。故其應變測量準確性受其應變傳遞率的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是綜合各種應變傳感器的優(yōu)點，提供一種適用于表面應變測量的安裝簡單、使用方便、價格便宜、可重復使用并且能保證測量準確性的光柵應變傳感器。本實用新型的技術特征是它主要包括主光柵片、指示光柵片、發(fā)光二級管、硅光電池、滑桿、定位栓和磁性底座，在傳感器殼體的一側(cè)設置發(fā)光二極管另一側(cè)設置指示光柵片和硅光電池，中間為一滑槽，主光柵片可在滑槽中沿軸向來回移動，可根據(jù)量程的要求選擇不同長度的主光柵片然后將主光柵片與滑桿連接，滑桿伸出傳感器殼體至指定標距，滑桿端部用一磁性底座固定在被測物體表面，另一端的傳感器殼體也用一磁性底座固定在被測物表面，安裝前兩端底座中心點的間距為固定標距，此時定位栓穿過傳感器殼體及滑桿以固定滑桿位置，在安裝固定到被測物體表面并將讀數(shù)器清零后將定位栓拔出即可進行測量。當被測物體表面發(fā)生變形時將同時通過兩磁性底座帶動滑桿與傳感器殼體發(fā)生相對移動，其移動量與光線照射光柵副產(chǎn)生的莫爾條紋移動量有對應的關系，由于莫爾條紋的放大作用，故極細微的移動對應的莫爾條紋移動量也可輕易通過硅光電池加以分辨，若再對硅光電池接收到的莫爾條紋的電信號進行電子細分，則可達到更高的精度要求。將測量出的位移值除以傳感器的固定標距長度值即得到了被測點的應變值。本實用新型的有益效果是結(jié)構簡單、安裝拆卸方便(測量鋼結(jié)構的應變直接將磁性底座吸附在表面即可，測量混凝土結(jié)構需先在結(jié)構表面用強力膠粘貼兩塊小鐵板然后將傳感器的磁性底座吸附在小鐵板上；拆卸時直接摘下即可)、經(jīng)濟性能好、可重復使用且無論安裝還是測量對被測物體本身影響很小(無需鉆孔或焊接，傳感器的滑桿及主光柵片移動時只有極小的滑動阻力)，測量精度較高、應變傳遞損失小，能準確反應測點的真實應變值。
圖I為本實用新型縱剖面構造圖。圖2為本實用新型俯視圖。圖3為光柵傳感器部分構造示意圖。圖中1.主光柵片，2.指不光柵片，3.發(fā)光二極管,4.娃光電池,5.滑桿,6.定位栓，7.磁性底座A，8.滑槽，9.傳感器殼體，10.小鐵塊A，ll.待測結(jié)構，12.磁性底座B，13.小鐵塊B。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖，以測混凝土結(jié)構表面應變?yōu)槔?。安裝前首先將測點附近混凝土表面清潔干凈，然后按傳感器的標距在結(jié)構表面安裝傳感器底座位置劃線，用強力膠將兩塊與相應傳感器底座大小相近的小鐵塊10、13粘貼在指定位置，膠粘劑干硬后即可將傳感器的磁性底座7和12分別吸附在相應小鐵塊上，完成安裝過程。進行測量時，先將本光柵應變計的讀數(shù)儀讀數(shù)清零，然后將傳感器的定位栓6拔
出，拔出定位栓后傳感器的滑桿5及主光柵片I即可沿滑槽8自由滑動，當被測結(jié)構發(fā)生變形時，在傳感器兩端點處結(jié)構表面會發(fā)生相應的位置移動，通過粘貼其上的小鐵塊及磁性底座帶動滑桿5與傳感器殼體9發(fā)生相對移動，連接滑桿的主光柵片I與固定在傳感器殼體上的指示光柵片2的相對位移量與光柵副在發(fā)光二極管3照射下產(chǎn)生的莫爾條紋的位移量有對應的關系，微小的位移經(jīng)過計量光柵系統(tǒng)產(chǎn)生莫爾條紋的放大作用后被娃光電池4接收，讀數(shù)儀系統(tǒng)內(nèi)部將測得的位移量除以傳感器標距長度值即得到測點的應變值。測量完成后，由于傳感器與被測結(jié)構是通過磁性底座吸附，故可直接摘下。摘下傳感器后將滑桿推至標距位置再將定位栓插入以固定傳感器滑桿，存放好以備下次測量使用。綜上所述，可見本實用新型使用方便，可重復使用，有效節(jié)約了測量成本而不降低測量的準確性。本實例僅為對混凝土結(jié)構應變測量的一種具體實施方案，但本實用新型的具體保護范圍不受此限，請以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求1.一種透射式光柵應變計，它主要包括主光柵片、指示光柵片、發(fā)光二級管、硅光電池、滑桿、定位栓和磁性底座；其特征在于在傳感器殼體(9)的一側(cè)設置發(fā)光二極管(3)另一側(cè)設置指示光柵片(2)和硅光電池(4)，中間為滑槽(8)，主光柵片(I)可在滑槽中沿軸向來回移動，主光柵片(I)與滑桿(5 )連接，滑桿(5 )伸出傳感器殼體(9 )至指定標距長度。
2.根據(jù)權利要求I所述的透射式光柵應變計，其特征在于滑桿(5)端部用磁性底座(12)固定在被測物體表面，另一端的傳感器殼體(9)也用磁性底座(7)固定在被測物體表面。
3.根據(jù)權利要求I所述的透射式光柵應變計，其特征在于安裝前兩端底座中心點的間距為指定標距，并用定位栓(6)穿過傳感器殼體(9)及滑桿(5)固定滑桿位置。
專利摘要一種透射式光柵應變計，在傳感器殼體(9)的一側(cè)設置發(fā)光二極管(3)另一側(cè)設置指示光柵片(2)和硅光電池(4)，中間為滑槽(8)，主光柵片(1)可在滑槽中沿軸向來回移動，主光柵片(1)與滑桿(5)連接，滑桿(5)伸出傳感器殼體(9)至指定標距長度，滑桿端部用磁性底座(12)、傳感器殼體(9)用磁性底座(7)固定在被測物體表面，安裝前用定位栓(6)穿過傳感器殼體(9)及滑桿(5)以固定滑桿位置。測量時系統(tǒng)自動將位移值除以固定標距長度值即得被測點的應變值。本實用新型安裝拆卸方便，可重復使用，有效節(jié)約了測量成本而不降低測量的準確性。
文檔編號G01B11/16GK202582503SQ20122024694
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者王曉光, 楊君琦, 寧帥朋 申請人:王曉光, 楊君琦, 寧帥朋