[发明专利]用于测量机械力的布拉格光栅装置和该装置的工作应用及方法

说明书

本发明涉及一种用于测量机械力的布拉格光栅装置和该装置的工作应用及方法。

DE196 48 403曾公开过一种用于测量机械力的布拉格光栅装置。该装置具有：

-至少一个光纤，用于在传播方向上传导光辐射，

-集成在所述纤维之内的布拉格光栅，具有光栅特有的布拉格波长，且该波长按照所述纤维在所述传播方向上的伸展和/或收缩而进行变化，以及

-一个伸展体，该伸展体在所述的纤维上被固定在两个紧固点处，而所述两个紧固点在传播方向上是以包含所述光栅的间隔而相互布置的，并且所述的伸展体可以在传播方向上伸展。

该装置被用来测定与所述纤维的长度方向相一致的传播方向中的压力或拉力，其中所述的伸展体并不是作用为所述需测量的压力或拉力的“放大器”。

所述包含布拉格光栅的纤维譬如可以利用有弹性的弹簧而在传播方向上施加以预应拉力。

该装置的一种实施形式是具有温度补偿的方案，它具有一个无负荷的附加参考纤维，且该参考纤维具有一个集成的参考布拉格光栅，由该参考布拉格光栅来测量引起布拉格波长偏移的温度影响，并通过合适的分析来将其消除。

从US专利号5 682 445中可以查取一种布拉格光栅装置，它具有：

-至少一个光纤，用于在传播方向上传导光辐射，

-构造在所述纤维之内的布拉格光栅，具有光栅特有的布拉格波长，且该波长按照所述纤维在所述传播方向上的伸展和/或收缩而进行变化，以及

-一个无旋转轴的杠杆转换器，它在所述的纤维上被固定在两个紧固点处，而所述两个紧固点在传播方向上是以包含所述光栅的间隔而相互布置的。

所述无旋转轴的杠杆转换器的作用在于，在传播方向上给位于所述紧固点之间的纤维和光栅提供一个应力。

为此，所述无旋转轴的杠杆转换器至少具有两个在传播方向上纵向延伸的部分，该两部分均具有一个前侧端，且这些前侧端彼此固定地相连。所述两个部分中的每一个均具有一个位于该部分的所述前侧端对面的另一前侧端。一部分的所述另一端在两个紧固点之一处被固定地连接在所述的纤维上，而另一部分的所述另一端则在另一紧固点处被固定地连接在所述的纤维上。

通过改变在所述前侧端之间的传播方向上测量的所述两个部分的长度，可以在纤维内相对地产生在传播方向上起作用的应力。

本发明所基于的任务是，提供一种用于测量机械力的布拉格光栅装置，相对于已知类型的布拉格光栅装置而言，它可以实现更宽的应用。

该任务由权利要求1的特征部分来实现。

根据该解决方案，本发明用于测量机械力的布拉格光栅装置具有：

-至少一个由弹性材料组成的光导体，用于在传播方向上传导光辐射，

-至少一个构造在所述导体内的、具有布拉格波长的布拉格光栅，所述的布拉格波长根据所述导体在传播方向上的伸展和/或收缩而发生变化，以及

-力传递装置，由它把所述需测量的力转换成一个在所述传播方向上伸展和/或收缩所述导体的力。

通过如下方式可以实现更宽的应用，即所述的力传递装置在所述需测量的力和被转换的力之间具有一个不等于1的转换比。

原则上，各种传动装置都适合作为力传递装置，譬如齿轮传动装置等等。本发明装置的一种优选而又有利的改进方案是如此进行构造的，使得所述的力传递装置具有至少一个杠杆，所述杠杆可以围绕相对于所述导体为基本固定的旋转轴进行旋转，而且该杠杆还被固定在所述的导体上，所述杠杆上被施加了所述需测量的力。该改进方案在实现时结构非常简单。

在该情形下，可以通过选择位于所述需测量的力在杠杆上的作用点与所述杠杆的旋转轴之间的间隔，以及通过选择位于该旋转轴与所述杠杆在导体上的紧固点之间的间隔来调整力传递装置的转换比，该转换比通过所述第一个间隔与所述第二间隔的比值来给定。

如果所述的力传递装置具有一个杠杆，其中位于固定旋转轴和所述杠杆在导体上的紧固点之间的间隔大于位于所述固定旋转轴和所述需测量的力在杠杆上的作用点之间间隔，则尤其可以放大由所述需测量的力所引起的偏转，而且，如果所述的力传递装置具有一个杠杆，其中位于旋转轴和所述杠杆在导体上的紧固点之间的间隔小于位于所述旋转轴和所述需测量的力在杠杆上的作用点之间间隔，则可以放大力。

该改进方案可以具有一个杠杆，其中所述的旋转轴位于所述的导体和所述需测量的力在杠杆上的作用点之间，以及/或者具有一个杠杆，其中所述需测量的力在杠杆上的作用点位于所述的导体和旋转轴之间，以及/或者具有一个杠杆，其中所述的导体位于所述的旋转轴和所述需测量的力在杠杆上的作用点之间。