[发明专利]一种光纤倾角传感器及其检测系统

说明书

一种光纤倾角传感器及其检测系统，其中传感器中摆锤（5）布置在外壳（2）内下部，摆锤（5）两侧通过阻尼（11）与外壳（2）内壁连接，摆锤（5）顶部通过摆臂（4）与转轴（3）连接，摆臂（4）上设有中心孔，中心孔上设有滤光片（6），对应滤光片（6）在外壳（2）两侧分别开设光输入口（8）和光输出口（10），且在滤光片（6）与光输入口（8）之间、滤光片（6）与光输出口（10）之间均设置有准直器（9）；检测系统包括宽带光源、波长解调仪、2个1×n分路器、n个光纤倾角传感器，n个光纤倾角传感器位于2个1×n分路器的n个端口之间。测量精度高、长期稳定性好；提高了传感网络的容量，降低了测量成本。

技术领域

本发明涉及一种倾角传感器，更具体的说涉及一种光纤倾角传感器及其检测系统，属于大型工程结构倾角测量及光纤传感技术领域。

背景技术

各种地面上的大型结构如高层建筑、桥梁、大坝、大型装备都要经常监测它们相对于铅垂线的倾斜角度。目前，倾角测量传感器从工作原理上可分为气体摆式、液体摆式、固体摆式三种，气体摆式倾角传感器有较强的抗振动或冲击能力，但气体运动控制比较复杂，且测量精度不高；液体摆式倾角传感器系统稳定，在高精度测量系统中，应用较为广泛，但测量范围较小，对测量环境要求较高；固体摆式倾角传感器有明确的摆长和摆心，而在实用中产品类型较多为电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，但易受电磁干扰，复用性差，组网困难，难以满足工程大规模监测要求。

由于上述传统的倾角测量技术存在着种种弊端，近年来有人提出将光纤光栅传感技术应用于倾角测量。基于光纤光栅传感技术开发的倾角传感器具有如下优点：一是可靠性好，能够实现绝对测量；二是抗电磁干扰，电绝缘，能于易燃易爆环境下工作；三是复用性好，多个光纤传感器可以很容易地串接在同一光纤上，便于组成测量网络。例如，中国发明专利申请《光纤光栅倾角传感器》(申请号：200310113187.8)提供的倾角测量传感器包括支架、摆锤、光栅，摆锤悬挂在支架上，能够自由地摆动，光纤光栅以能够阻止摆锤摆动的方式连接摆锤和支架，当被测物发生倾斜时，由于重力的作用，摆锤有发生摆动的趋势，从而使对称布置的光栅波长移动互为相反，通过测量光栅反射光的波长移动量来计算倾斜角度。中国发明专利申请《一种摆锤-等截面梁光纤光栅倾角传感器》(申请号：201110023193.9)中将摆锤与等强度梁连接，被测物发生倾斜时，摆锤的重力惯性作用传递到等强度梁上，使对称粘贴于等强度梁正反面的光栅光谱移动方向互为相反，通过测量光谱的移动来计算倾斜的角度。但是，上述基于光纤光栅传感技术开发的倾角传感器存在以下缺点：第一，以光纤光栅作为传感元件，结构设计较复杂，且容易损坏，不适合在工程中做长期监测使用；第二，当测量倾角较大时(大于5°时)，由于结构设计造成的非线性，难以保证较高的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供一种光纤倾角传感器及其检测系统。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种光纤倾角传感器，包括外壳、摆锤，所述的摆锤布置在外壳内下部，摆锤两侧通过阻尼与外壳内壁连接，摆锤顶部通过摆臂与转轴连接，所述的转轴位于外壳内上部，所述的摆臂上设有中心孔，所述的中心孔上设有滤光片，对应滤光片在外壳两侧分别开设光输入口和光输出口，且在滤光片与光输入口之间、滤光片与光输出口之间均设置有准直器，所述的准直器与滤光片同轴。

还包括有安装底座，所述的外壳固定在安装底座上。

所述的准直器安装在支架上。

所述的支架为U形架，该U形架包括2个固定臂和底部的安装臂，两个准直器分别固定在2个固定臂上，安装臂固定在安装底座上。

所述的转轴由氧化锆陶瓷轴承制作而成。