[发明专利]一种拱式光纤光栅压力传感器

说明书

技术领域

本发明基于光纤光栅传感技术，涉及一种压力传感器的结构，属于光纤传感技术领域。

背景技术

压力是工程运营状态监测和安全评估的重要参数，用于测量压力的传感器成为工程中常用的传感器之一。光纤光栅传感技术利用波长调制编码传感信号，无需参考点，通过光的波长变化实现对被测物理量的测量，且测量结果不受光的强度、连接损耗等因素影响。目前，光纤光栅以其质量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀、传输损耗小等优良的性能被应用于工程中。因此，本发明采用光纤光栅传感技术，利用其优良的性能开发一种拱式光纤光栅压力传感器实现压力准确测量和实时监测。

发明内容

本发明的目的在于利用光纤光栅的优良特性，基于拱梁组合结构自平衡体系原理，提供一种结构简单、灵敏度高、耐久性好的拱式光纤光栅压力传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种拱式光纤光栅压力传感器，包括：金属刚性盖板、传力杆、铰链、插销、传力板、金属弹性元件、辊轴、用于测量压力的光纤光栅、用于温度补偿的光纤光栅、金属板与金属弹性元件材质相同、金属外保护壳、预留孔洞；

金属外保护壳为U形槽，U形槽开口处设有金属刚性盖板，U形槽内底部设有金属板，在U形槽的侧壁上开设有预留孔洞；金属刚性盖板受到竖向荷载，通过传力杆将竖向荷载传递给铰链，铰链通过刚性传力板将竖向荷载通过插销转化为水平推力，水平推力作用刚性传力板使推动辊轴向外滚动，金属弹性元件两端与辊轴轴接，承受水平方向拉力，用于测量压力的光纤光栅与金属弹性元件产生协同应变，引起波长变化，粘贴在金属板上用于温度补偿的光纤光栅对测量压力的光纤光栅进行温度实时补偿，从而实现压力的精确测量。

铰链的水平顶部留有圆形凹槽，使得传力杆紧扣在内，实现压力的传递。

铰链与传力板通过插销连接，传力板与金属弹性元件通过插销连接成铰接形式，形成拱梁组合结构。

测量压力的光纤光栅沿纵向粘贴于弹性元件下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅以同样方式粘贴于金属板上端，对测量压力的光纤光栅进行温度实时补偿。

辊轴通过插销与传力板和金属弹性元件连接，水平推力作用下辊轴向外滚动，实现弹性元件水平方向拉伸。

本发明的优点是：

1、本发明中金属弹性元件与传力板之间通过插销连接，形成拱梁组合结构，基于拱梁组结构的自平衡体系原理，拱的水平推力将由弹性元件承受，此时，弹性元件受拉使得粘贴在弹性元件中央的压力测量光纤光栅产生应变，应变使光纤光栅产生波长变化。满足一定测量范围内，达到结构简单、灵敏度高、耐久性好、同时具有高精度及线性度的拱式光纤光栅压力传感器。

2、本发明中通过插销将辊轴、弹性元件两端和传力板的两端连接在一起，传力板将竖向荷载转化为水平推力推动辊轴向外微小滚动，避免金属弹性元件与金属外保护壳底板产生较大摩擦而导致较大的测量误差，从而提高测量的准确性。

3、本发明中由于光纤光栅的温度和应变的交叉敏感特性，用于测量压力的光纤光栅在产生应变的同时受温度变化影响较大，本发明针对这一问题将测量压力的光纤光栅沿纵向粘贴于弹性元件下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅采用相同的方式粘贴在与金属弹性元件同种材料的金属板上，在长期的压力监测中实现温度实时补偿，降低压力测量误差，提高测量的准确性。

附图说明

图1是本发明的正视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的三维结构剖视图。

图4是本发明的拱梁组合结构三维图。

附图标记：金属刚性盖板1、传力杆2、铰链3、插销4、传力板5、金属弹性元件6、辊轴7、用于压力测量的光纤光栅8、用于温度补偿的光纤光栅9、金属板10、金属外保护壳11、预留孔洞12。

具体实施方式

下面结合附图1-4和实施例对本发明进一步说明。

一种拱式光纤光栅压力传感器，包括：金属刚性盖板1、传力杆2、铰链3、插销4、传力板5、金属弹性元件6、辊轴7、用于测量压力的光纤光栅8、用于温度补偿的光纤光栅9、金属板10与金属弹性元件材质相同、金属外保护壳11、预留孔洞12；