[发明专利]一种新型表贴式可调量程光纤光栅位移计

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。