專利名稱：一種表貼式光纖光柵應變計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種工程量具，特別涉及一種測量物體受外界作用表面應變變化的表貼式光纖光柵應變計。
背景技術：
目前，用于測量物體表面應變變化的主要方式為電阻式，電容式和電感式。最常用的就是電阻應變片，后兩者少用。但是電式傳感器，受腐蝕、疲勞、特別是雷電襲擊等不利因素的影響，易于失效。

發(fā)明內容
針對電式傳感器的不足，本發(fā)明提出了一種表貼式光纖光柵應變計，特別是光纖光柵(FBG)作為敏感元件提出一種表貼式FBG應變計為實現(xiàn)上述目的。本發(fā)明采用的技術方案如下一種表貼式光纖光柵應變計，包括活動支架、固定支架、外殼、引出孔、拉動元件、壓動元件、傳輸光纖和傳動桿，所述的外殼同一側上設有兩個引出孔，所述的固定支架與外殼固定連接，所述的活動支架與外殼活動連接，所述的傳動桿依次穿過外殼的第一側壁、活動支架、固定支架和外殼的第二側壁，傳動桿包括內管和外管，內管末端與壓動元件連接，外管末端與拉動元件連接，所述外管的同一側設有定向元件1、定向元件II和定量程元件I，所述內管的同一側連接有定向元件II1、定向元件IV和定量程元件II ;所述的傳輸光纖從外殼的一個引出孔引入，依次穿過活動支架的第一個孔和固定支架的第一個孔，然后繞回穿過固定支架的第二個孔、活動支架的第二個孔，并從外殼的另一個引出孔引出，所述的傳輸光纖上設有測量光柵。所述的傳輸光纖上還設有溫補光柵。所述的拉動元件和壓動元件為矩形塊，且在矩形塊上設有螺紋孔和凹槽，所述的凹槽與傳動桿配合。所述的拉動元件和壓動元件通過螺釘固定于被測物體上。所述的外殼第一側壁和外殼第二側壁是兩個對立平行面。所述的定向元件I和定向元件III緊鄰活動支架設置，所述的定向元件II和定向元件IV緊鄰固定支架設置。所述的定量程元件I設于距外殼的第一側壁的內側，且距離為d2=7860*D ;其中D為活動支架與固定支架之間的距離。所述的定量程元件II設于固定支架與外殼第二側壁之間，且距固定支架的距離為di=7860*D ;其中D為活動支架與固定支架之間的距離。所述的內管和外管插接在一起，且外管壁上開有凹槽，凹槽的作用是為了把內壁暴漏出來，使得管與定向元件II1、定向元件IV和定量程元件II相連，內管和外管是獨立運動的。
所述的定向元件1、定向元件I1、定向元件II1、定向元件IV、定量程元件1、定量程元件II均為矩形塊。所述的定量程元件確定傳感器活動元件的移動范圍不超過光柵的應變極限值。當傳感器受到壓應變時，壓動元件(只在受壓時活動的元件)活動而拉動元件(只在受拉時活動的元件)因定向元件II與固定支架的作用并不活動。壓動元件通過定向元件III使活動支架活動進而使測量光柵FBGl受拉，此時光柵FBG2不受外界作用力的影響可作為溫補光柵使用。光柵由于受定量元件II的影響其應變始終小于光柵理論最大應變時，有效的保護傳感器的敏感元件。當傳感器受到拉應變時，拉動元件活動而壓動元件因定向元件IV與固定支架的作用并不活動，拉動元件通過定向元件I使活動支架活動進而使光柵FBG2受拉,此時光柵FBGl不受外界作用力的影響可作為溫補光柵使用。傳感器光柵由于受定量元件I的影響其應變始終小于光柵理論最大應變時，有效的保護傳感器的敏感元件。如此，該傳感器實現(xiàn)其定向、定量程的特性。為減少溫度與應變之間的交叉敏感，所述傳感器設有溫補光柵。當該傳感器受到壓力時，溫補光柵為FBG2 ;當該傳感器受到拉力時，溫補光柵為FBG1。如此的設計，可以很清晰的顯示出被測物體是受壓還是受拉。在被測物體受到不同外界作用時，敏感光柵和溫補光柵互換，這樣的設計可以明顯的增加該傳感器的使用壽命和增大其量程范圍。本發(fā)明的有益效果是該應變計應該具有不受電磁干擾、定向性、互換性、定量程的特性。


圖1為該傳感器的剖視圖；圖2外殼結構俯視圖；圖3外殼結構側視圖；圖4活動支架的側視圖；圖5活動元件2的俯視圖；圖6傳動桿與別的部件連接圖；圖中1活動支架,2固定支架,3外殼,4引出孔,5拉動元件,6壓動元件,7螺紋孔，8傳動桿，9定量程元件I，10定量程元件II，11定向元件III，12定向元件I，13定向元件II，14定向兀件IV,15內管,16夕卜管,17傳輸光纖，F(xiàn)BGl光柵，F(xiàn)BG2光柵。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明如圖1-圖6所不,本發(fā)明包括外殼3、活動支架1、固定支架2、傳輸光纖17、光柵FBG1,光柵FBG2,拉動元件5、壓動元件6、定向元件及定量程元件等。拉動元件5和壓動元件6設有凹槽以便于傳動桿8插入,且拉動兀件5和壓動兀件6同軸,夕卜殼3同一側上設有兩個光纖引出孔4，固定支架2與外殼3固定連接，活動支架I設于外殼3上，且是活動連接，所述的傳動桿8依次穿過外殼3的第一側壁、活動支架1、固定支架2和外殼3的第二側壁，傳動桿8包括內管15和外管16,內管15末端與壓動兀件6連接,外管16末端與拉動元件5連接，所述外管16的同一側設有定向元件I 12、定向元件II 13和定量程元件I 9，所述內管的同一側連接有定向元件III 11、定向元件IV 14和定量程元件II 10 ;所述的傳輸光纖17從外殼的一個引出孔4引入，依次穿過活動支架I的第一個孔和固定支架2的第一個孔，然后繞回穿過固定支架2的第二個孔、活動支架I的第二個孔，并從外殼3的另一個引出孔4引出，所述的傳輸光纖17上設有測量光柵。其中外殼3的光纖引出孔4的主要用于引出傳輸光纖17并實現(xiàn)傳感器組網。定向元件III 11、定向元件I 12的作用是在被測物體受到壓力或拉力時，決定FBGl和FBG2是溫補光柵還是受力光柵；定向元件II 13、定向元件IV 14的作用在于被測物體受到壓力或拉力時，決定拉動元件5還是壓動元件6運動；定量程元件I 9、定量程元件II 10的作用在于保護敏感元件光柵在被測物體受到外界作用所受到的應變不超過理論最大應變值7860 μ ε ；拉動元件5及壓動元件6的螺紋孔7主要作用為將傳感器與被測物體緊密連接，期望達到外界應變與傳感器敏感元件之間的應變傳遞效率為100%。為減小應變與溫度的交叉敏感，該傳感器設置溫補光柵。其具體工作原理為當傳感器受到壓應變時，壓動元件(只在受壓時活動的元件)6活動而拉動元件(只在受拉時活動·的元件)5因定向元件II 13與固定支架2的作用并不活動。壓動元件6通過定向元件III 11使活動支架I活動進而使光柵FBGl受拉，此時光柵FBG2不受外界作用力的影響可作為溫補光柵使用。當傳感器受到拉應變時，拉動元件5活動而壓動元件6因定向元件IV 14與固定支架2的作用并不活動。拉動元件5通過定向元件I 12使活動支架I活動進而使光柵FBG2受拉，此時光柵FBGl不受外界作用力的影響可作為溫補光柵使用。當該傳感器受到壓應變時，敏感光柵為FBGl，溫補光柵為FBG2 ;當該傳感器受到拉應變時，敏感光柵為FBG2，溫補光柵為FBG1。這樣的設計不僅可以有效地補償溫度和應變的交叉敏感，減小最后處理結果的誤差，而且在該傳感器受到拉應變或壓應變時，敏感光柵的不同，既可以增加傳感器的使用壽命和增大其量程范圍又可以明顯的顯示出被測物體受到的是拉力還是壓力。
權利要求
1.一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于包括活動支架、固定支架、外殼、引出孔、拉動兀件、壓動兀件、傳輸光纖和傳動桿，所述的外殼同一側上設有兩個引出孔，所述的固定支架與外殼固定連接，所述的活動支架與外殼活動連接，所述的傳動桿依次穿過外殼的第一側壁、活動支架、固定支架和外殼的第二側壁，傳動桿包括內管和外管，內管末端與壓動元件連接，外管末端與拉動元件連接，所述外管的同一側設有定向元件1、定向元件II和定量程元件I，所述內管的同一側連接有定向元件II1、定向元件IV和定量程元件II ;所述的傳輸光纖從外殼的一個引出孔引入，依次穿過活動支架的第一個孔和固定支架的第一個孔，然后繞回穿過固定支架的第二個孔、活動支架的第二個孔，并從外殼的另一個引出孔引出，所述的傳輸光纖上設有測量光柵。
2.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的傳輸光纖上還設有溫補光柵。
3.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的拉動元件和壓動元件為矩形塊，且在矩形塊上設有螺紋孔和凹槽，所述的凹槽與傳動桿配合。
4.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的拉動元件和壓動元件通過螺釘固定于被測物體上。
5.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的外殼第一側壁和外殼第二側壁是兩個對立平行面。
6.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的定向兀件I和定向元件III緊鄰活動支架設置，所述的定向元件II和定向元件IV緊鄰固定支架設置。
7.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的定量程元件I設于距外殼的第一側壁的內側，且距離為d2= 7860*D;其中D為活動支架與固定支架之間的距離。
8.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的定量程元件II設于固定支架與外殼第二側壁之間，且距固定支架的距離為Cl1= 7860*D;其中D為活動支架與固定支架之間的距離。
9.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的內管和外管插接在一起，且外管壁上開有凹槽。
10.如權利要求1所述的一種表貼式光纖光柵應變計，其特征在于所述的定向元件1、定向元件I1、定向元件II1、定向元件IV、定量程元件1、定量程元件II均為矩形塊。
全文摘要
本發(fā)明具體公開了一種表貼式光纖光柵應變計，包括活動支架、固定支架、外殼、引出孔、拉動元件、壓動元件、傳輸光纖和傳動桿，所述的外殼同一側上設有兩個引出孔，所述的固定支架與外殼固定連接，所述的活動支架與外殼活動連接，所述的傳動桿依次穿過外殼的第一側壁、活動支架、固定支架和外殼的第二側壁，傳動桿包括內管和外管，內管末端與壓動元件連接，外管末端與拉動元件連接，所述外管的同一側設有定向元件Ⅰ、定向元件Ⅱ和定量程元件Ⅰ，所述內管的同一側連接有定向元件Ⅲ、定向元件Ⅳ和定量程元件Ⅱ；所述的傳輸光纖從外殼的一個引出孔引入，依次穿過活動支架、固定支架、固定支架、從另一個引出孔引出，所述的傳輸光纖上設有測量光柵。
文檔編號G01B11/16GK102997860SQ201210488840
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者隋青美, 蔣善超, 王靜, 王正方, 路士增, 王寧, 楊帥, 賈磊, 曹玉強 申請人:山東大學