[发明专利]一种基于光纤干涉仪的拉力测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及力的测试技术领域，特别是涉及一种基于光纤干涉仪的拉力测量装置。

背景技术

目前用于拉力测量的多种多样，不同的工作原理各有不同，应用特点和应用范围各有不同。其分类也是千差万别。常见一般可分为：电阻应变片式、电磁力式、光电式、电容式、液压式等。

电阻应变片式拉力传感器中应用最广、技术最为成熟的形式和其精度也比较高。其是利用弹性体在外拉力的作用下产生弹性形变，通过相测量电路将电阻的变化转换成电信号。但其缺点是机械滞后、蠕变和零漂。测量微小拉力时,由其计量精度几十克的称量精度就是在50毫克左右。对微小拉力级引起的形变，无法精确测量其的变化，相对来说其精度较低。

目前精度比高的传感器有：

光电式：是将光栅形成的莫尔条纹角位移转换成光电信号。光栅有两块，一个光栅装在表盘轴上可以移动，另一块光栅固定。加载重量后，传力杠带动使表盘轴旋转从而带动移动光栅转动，莫尔条纹随之移动，利用光电管、转换电路各显示仪表，计算移过的莫尔条纹数量，测出光栅转动角的大小。从而确定被测物质质量。具有稳定工作、抗干拢能力强的优点，但是用光栅测量其移位。但其构复杂，精度低，体积也相对较大。

光纤光栅式：是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数，利用2个二元一次方程解出温度与应变，但其精度还是低。

目前最常用拉力传感器和高精度拉力传感器，存在着机械滞后、蠕变和零漂、精度低和结构复杂等缺点。

发明内容

本发明为克服现有技术的缺点，提供一种基于光纤干涉仪的拉力测量装置，该装置精度高（光波干涉测量其弹性变化位移可达到nm量级），而且结构简单，稳定，性能高和体积小。

本发明的技术方案是：一种基于光纤干涉仪的拉力测量装置，其中，包括有拉力变形组件、光纤干涉系统、光纤调节系统、控制单元，所述光纤调节系统在进行拉力测量前对光纤干涉系统进行校正，所述拉力变形组件受力使光纤干涉系统产生干涉条纹，光纤干涉系统将干涉条纹的数据传输给控制单元进行分析测量。

在进行拉力测试时，先利用光纤调节系统对光纤干涉系统进行校正调零，再对拉力变形组件进行受力产生形变，使光纤干涉系统产生干涉条纹，光纤干涉系统将干涉条纹的数据传输给控制单元进行分析测量，得到精度高、稳定的测量结果。

进一步，拉力变形组件包括支架、弹簧片、拉勾架，所述弹簧片的一端与支架的一侧连接，弹簧片的另一端与拉勾架的一端连接，所述拉勾架的另一端与支架的另一侧连接，所述拉勾架上设有上拉勾，所述支架底部设有下拉勾，所述上拉勾与下拉勾组成施力组件。通过上拉勾、下拉勾进行施力使弹簧片变形，结构简单。

进一步，支架与拉勾架连接的一侧设有保护卡槽，所述拉勾架嵌入保护卡槽与支架连接。当上拉钩与下拉钩的受力过大超过其行程时，保护卡槽起保护作用。

进一步，光干涉系统设有反射镜、数据光纤、光源、发射光纤、接收光纤、光纤耦合器、摄像头，所述光源的输入端与控制单元连接，所述光源的输出端通过发射光纤与光纤耦合器的输入端连接，所述摄像头的输出端与控制单元连接，所述摄像头的输入端通过接收光纤与光纤耦合器的输出端连接，所述光纤耦合器的输出端与数据光纤连接，所述反射镜设于拉勾架的下方，所述数据光纤的端面反射光与反射镜反射的光形成干涉条纹。控制单元控制光源发射光通过发射光纤传输到光纤耦合器，光纤耦合器将光射到数据光纤，光到达数据光纤的端面，约有4%左右经数据光纤反射回来，其余的一部份直射到反射镜上，

反射镜的反射面也将大约4%左右的光反射回来，反射镜的底面是毛玻璃面，

其结构使反射镜的毛玻璃面反射回来的光很微小，（使干扰光极小），数据光纤的端面反射的光与反射镜的反射面反射回来的光强度大至相等，使干涉条纹清晰可见，再由数据光纤将干涉数据信号传回光纤藕合器，由光纤藕合器将数据信号通过接收光纤传到摄像头，摄像头再将数据信号传输到控制单元中进行分析。

进一步，光纤调节系统包括光纤套管，所述数据光纤插入光纤套管中，所述光纤套管设于反射镜与支架底面之间。将数据光纤固在光纤套管内，使微小的数据光纤的端面受光纤套管的调节控制。