專利名稱：一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，特別是可根據(jù)實際測量情況，調(diào)節(jié)量程與精度的表貼式光纖光柵位移計。
背景技術(shù)：
目前在大型土木建筑工程與模型試驗中，常常需要對裂縫、裂紋等量程范圍不等位移量進行實時監(jiān)測。常規(guī)的電類傳感器，使用壽命有限，易受電磁信號干擾，體積大，防水性能差，無法滿足實時監(jiān)測的要求。光纖光柵體積小、重量輕、抗電磁干擾、防水防潮、便于使用和維護，基于光纖光柵的傳感器具有帶寬范圍大、附加損耗小、波長編碼抗干擾能力強、器件微型化、耦合性能好、集“傳”和“感”于一體等特點，因而被廣泛應(yīng)用于土木工程、 航空航天、生物醫(yī)學、石油化工等行業(yè)?；诠饫w光柵的表貼式位移傳感器集成了光纖光柵傳感器的優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng)電學傳感器缺點，但在監(jiān)測過程中對于無法估計量程與精度的監(jiān)測領(lǐng)域，極易出現(xiàn)超出量程或者精度不足等現(xiàn)象，甚至發(fā)生因位移量過大導致傳感器損壞，檢測數(shù)據(jù)丟失等嚴重測量事故，其可靠性能低，應(yīng)對特殊場合，測量效果不甚滿意。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有傳感器的不足，本發(fā)明提供了一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，包括外殼，蝶形支架，測量外臂、調(diào)節(jié)臂、光柵固定機構(gòu)和光纖光柵傳感器，所述的蝶形支架、測量外臂、調(diào)節(jié)臂和光柵固定機構(gòu)設(shè)于外殼表面，所述的測量外臂通過調(diào)節(jié)臂與蝶形支架的一端相連，所述的光柵固定機構(gòu)與蝶形支架的另一端相連，所述的光纖光柵傳感器一端固定于光柵固定機構(gòu)上，另一端與光纖解調(diào)儀相連；所述的蝶形支架為非對稱結(jié)構(gòu)。所述外殼外部設(shè)有固定基座，采用螺絲或粘結(jié)劑固定在被測體上。所述的測量外臂的測量外端用螺絲固定于被測體上。所述的調(diào)節(jié)臂上設(shè)有多個內(nèi)嵌式的等距離的螺紋通口，所述測量外臂固定端采用固定螺絲與螺紋通口配合固定于調(diào)節(jié)臂上，測量外臂的測量端用螺絲固定于被測體上。所述的外殼上設(shè)有燕尾槽，所述的蝶形支架通過螺絲和燕尾槽滑塊設(shè)于燕尾槽內(nèi)。所述燕尾槽滑塊只能在燕尾槽內(nèi)部做直線往返運動。所述光柵固定機構(gòu)包括三層粘結(jié)在一起的長方形鋼板，所述上層鋼板比中間鋼板的寬度??；所述中層鋼板采用兩板平行對接結(jié)構(gòu)，中間留有Imm-1Omm空隙，所述的下層鋼板與中層鋼板寬度一致，三層板長度不同，所述的上層鋼板一端固定于碟形支架上。
所述光纖光柵傳感器固定于中層鋼板的空隙左側(cè)或右側(cè)，不可直接固定于空隙之上；光纖光柵傳感器兩端分別粘貼在中層兩板上。該光纖光柵位移計還包括溫度補償光柵，所述的溫度補償光柵粘貼在中層鋼板的外側(cè)上。本發(fā)明待測位移量通過測量外臂作用在碟形支架，碟形支架進行正比放大或正比縮小后，將位移傳遞到光柵固定機構(gòu)上，引起光纖光柵產(chǎn)生縱向拉伸或壓縮，去除溫度補償因素后，經(jīng)后臺儀器解調(diào)與計算，得到最終測量值。外殼為長方體，用于保護碟形支架和光柵固定機構(gòu)，方便固定傳感器。光柵固定機構(gòu)為三層鋼板構(gòu)架的光柵固定機構(gòu)，固定并保護光纖光柵，使用非對稱結(jié)構(gòu)的碟形支架，使待測位移量與光纖光柵的拉壓位移量成正比。調(diào)節(jié)臂內(nèi)連碟形支架，外接測量外臂。通過選取不同的調(diào)節(jié)臂上的內(nèi)嵌式固定口，實現(xiàn)傳感器量程的調(diào)整。該位移傳感器可根據(jù)測量需要，調(diào)整其量程，采用內(nèi)嵌式固定口的調(diào)節(jié)臂，與測量外臂牢靠固定，量程調(diào)整方法簡單，極大拓寬了應(yīng)用場所且實用性好，采用三層鋼板構(gòu)架的光柵固定機構(gòu)，巧妙保護光纖光柵，且具有溫度自補償功能。通過測試，該傳感器性能良好。 所述外殼外部有固定基座，采用螺絲或粘結(jié)劑固定在被測體上，測量外臂的測量外端可用螺絲固定于被測體上，測量外臂不與外殼連接，可隨位移運動。所述測量外臂固定內(nèi)端用螺絲固定于調(diào)節(jié)臂，調(diào)節(jié)臂設(shè)計多個等距螺紋通口，測量外臂通過選取不同內(nèi)嵌式固定口調(diào)整傳感器量程。所述固定螺絲通過螺絲固定在外殼之外，其余活動螺絲都可在小范圍內(nèi)運動。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設(shè)定量程，將測量外臂的內(nèi)固定端固定在調(diào)節(jié)臂，測量外臂的外測量端固定在微小位移如裂縫上。當裂縫變大或縮小時，帶動測量外臂外擴或者內(nèi)縮，進而帶動碟形支架的燕尾槽滑塊在限定燕尾槽內(nèi)做直線往返運動，這樣導致光柵固定機構(gòu)的中層鋼板相對空隙做往返運動，從而引起光纖光柵的拉壓運動，最終引起光纖光柵中心波長的變化。使用波長解調(diào)儀監(jiān)測光纖光柵的中心波長，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，得到與位移增量或減量相對應(yīng)的波長變化值。本發(fā)明基于光纖光柵傳感原理設(shè)計，采用不銹鋼材料，強度高，耐久性好，封裝簡單，固定傳感器方式靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整量程和精度，應(yīng)用范圍廣，傳感器全部使用光學元件，防水效果佳，且易于組網(wǎng)，可實現(xiàn)實時在線測量。


圖1為本發(fā)明光纖光柵表貼式位移計的主視剖面圖。圖2為本發(fā)明光纖光柵表貼式位移計的燕尾槽滑塊側(cè)視剖面圖。圖3為本發(fā)明光纖光柵表貼式位移計的三層鋼板光柵固定機構(gòu)的正視剖面圖4為本發(fā)明光纖光柵表貼式位移計的三層鋼板光柵固定機構(gòu)的側(cè)視剖面圖5為本發(fā)明光纖光柵表貼式位移計的調(diào)節(jié)臂的正視剖面圖6為本發(fā)明光纖光柵表貼式位移計的調(diào)節(jié)臂的側(cè)視剖面中I外殼，2光柵固定機構(gòu)，3碟形支架，4調(diào)節(jié)臂，5測量外臂，6燕尾槽滑塊，7燕尾槽，8光纖光柵，9可活動螺絲，10固定基座，11嵌入式固定口，12固定螺絲，13溫度補償光柵。
具體實施例方式根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選定特定的量程，將測量外臂5的固定端固定在調(diào)節(jié)臂4，測量外臂5的外測量端固定在微小位移如裂縫等。當裂縫開裂或縮小時，位移變化帶動測量外臂5外擴或者內(nèi)縮，從而帶動碟形支架3的燕尾槽滑塊6在限定的燕尾槽7內(nèi)做直線往復運動，導致固定光纖光柵8的光柵固定機構(gòu)2相對中間空隙往返運動,進而拉壓光纖光柵8，引起中心波長的變化。使用波長解調(diào)儀監(jiān)測光纖光柵的中心波長，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，剔除溫度變化因素，從而可以得到與位移增量或減量相對應(yīng)的波長變化值。外殼I外部有固定基座10，可以采用M3螺絲或粘結(jié)劑固定，測量外臂5的測量外端可用M3螺絲固定于測量物體，測量外臂5不與外殼I連接，可隨位移運動。測量外臂5固定內(nèi)端可用M3螺絲固定于調(diào)節(jié)臂4，調(diào)節(jié)臂4設(shè)計多個等距M3螺紋通口，測量外臂5通過選取不同內(nèi)嵌式固定口 11調(diào)整傳感器量程。固定螺絲12通過M3螺絲固定在外殼I之外，其余可活動螺絲9都可在小范圍內(nèi)運動。燕尾槽滑塊6只能在燕尾槽7內(nèi)部做直線往返運動。光柵固定機構(gòu)2使用三層長方形鋼板粘結(jié)，其上層窄邊鋼板一端固定于碟形支架3的燕尾槽滑塊上。光柵固定機構(gòu)2包括三層粘結(jié)在一起的長方形鋼板，上層鋼板比中間鋼板的寬度小；中層鋼板采用兩板平行對接結(jié)構(gòu)，中間留有Imm-1Omm空隙，下層鋼板與中層鋼板寬度一致，三層板長度不同，上層鋼板一端固定于碟形支架上。三層板長度不同，使用彈性膠上下固定。光柵固定機構(gòu)2中層鋼板的兩板只可做相對空隙往返運動。所述光纖光柵8柵區(qū)固定于中層空隙左側(cè)或右側(cè)，不可直接固定于空隙之上。柵區(qū)兩端分別粘貼在中層兩板上。溫度補償光柵13粘貼在中層鋼板的外側(cè)上。本發(fā)明的具體制作過程為首先使用彈性膠固定上中下三層的鋼板，組裝完成光柵固定機構(gòu)2，將光纖光柵8固定在光柵固定機構(gòu)2中間鋼板，注意光柵柵區(qū)不可直接固定于中層空隙之上，而是固定在空隙旁，降低因懸空導致柵區(qū)毀壞的可能性，柵區(qū)兩端膠封在兩塊中層鋼板。其次組裝碟形支架3，并為光柵固定機構(gòu)2預留固定點，燕尾槽滑塊6按一定間隔放置在燕尾槽7內(nèi)，將碟形支架3固定在燕尾槽滑塊6上。最后將光柵固定機構(gòu)2固定在碟形支架3上，光纖光柵8通過光纖引出外殼，連接到解調(diào)儀器上。根據(jù)測量要求，選定量程，將測量外臂5內(nèi)固定端使用M3螺絲固定在調(diào)節(jié)臂4，并且密封外殼I。
權(quán)利要求
1.一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于包括外殼，蝶形支架，測量外臂、調(diào)節(jié)臂、光柵固定機構(gòu)和光纖光柵傳感器，所述的蝶形支架、測量外臂、調(diào)節(jié)臂和光柵固定機構(gòu)設(shè)于外殼表面，所述的測量外臂通過調(diào)節(jié)臂與蝶形支架的一端相連，所述的光柵固定機構(gòu)與蝶形支架的另一端相連，所述的光纖光柵傳感器一端固定于光柵固定機構(gòu)上，另一端與光纖解調(diào)儀相連；所述的蝶形支架為非對稱結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述外殼外部有固定基座，所述的固定基座采用螺絲或粘結(jié)劑固定在被測體上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述的測量外臂的測量外端用螺絲固定于被測體上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述的調(diào)節(jié)臂上設(shè)有多個內(nèi)嵌式的等距離的螺紋通口，所述測量外臂固定端采用固定螺絲與螺紋通口配合固定于調(diào)節(jié)臂上，測量外臂的測量端用螺絲固定于被測體上。
5.如權(quán)利要求1所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述的外殼上設(shè)有燕尾槽，所述的蝶形支架通過螺絲和燕尾槽滑塊設(shè)于燕尾槽內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述燕尾槽滑塊只能在燕尾槽內(nèi)部做直線往返運動。
7.如權(quán)利要求1所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述光柵固定機構(gòu)包括三層粘結(jié)在一起的長方形鋼板，所述上層鋼板比中層鋼板的寬度小，所述中層鋼板采用兩板平行對接結(jié)構(gòu)，中間留有Imm-1Omm空隙，所述的下層鋼板與中層鋼板寬度一致，三層板長度不同，所述的上層鋼板一端固定于碟形支架上。
8.如權(quán)利要求7所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于所述光纖光柵傳感器固定于中層鋼板的空隙左側(cè)或右側(cè)，光纖光柵傳感器兩端分別粘貼在中層鋼板的兩板上。
9.如權(quán)利要求1所述的一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，其特征在于還包括溫度補償光柵，所述的溫度補償光柵粘貼在中層鋼板的外側(cè)上。
全文摘要
本發(fā)明具體公開了一種新型表貼式可調(diào)量程光纖光柵位移計，包括外殼，蝶形支架，測量外臂、調(diào)節(jié)臂、光柵固定機構(gòu)和光纖光柵傳感器，所述的蝶形支架、測量外臂、調(diào)節(jié)臂和光柵固定機構(gòu)設(shè)于外殼表面，所述的測量外臂通過調(diào)節(jié)臂與蝶形支架的一端相連，所述的光柵固定機構(gòu)與蝶形支架的另一端相連，所述的光纖光柵傳感器一端固定于光柵固定機構(gòu)上，另一端與光纖解調(diào)儀相連；所述的蝶形支架為非對稱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于光纖光柵傳感原理設(shè)計，采用不銹鋼材料，強度高，耐久性好，封裝簡單，固定傳感器方式靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整量程和精度，應(yīng)用范圍廣，傳感器全部使用光學元件，防水效果佳，且易于組網(wǎng)，可實現(xiàn)實時在線測量。
文檔編號G01B11/02GK103017663SQ201210488770
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者王寧, 王靜, 隋青美, 王正方, 蔣善超, 路士增, 楊帥, 賈磊, 曹玉強 申請人:山東大學