光纖光柵拉力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖光柵拉力傳感器，其特征在于，所述光纖光柵拉力傳感器包括彈性基體和應(yīng)變光纖光柵，所述應(yīng)變光纖光柵沿著彈性基體的受力方向設(shè)置在所述彈性基體上，應(yīng)變光纖光柵刻?hào)艆^(qū)整體地固定在所述彈性基體上。本發(fā)明還涉及一種柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，所述柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的支撐繩上安裝有所述光纖光柵拉力傳感器。
【專利說明】光纖光柵拉力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)，特別涉及一種光纖光柵拉力傳感器，其可適用于拉力檢測(cè)，尤其用于柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)下支撐繩的拉力監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]高速公路、鐵路和大型的水電站建設(shè)都將面臨大量的邊坡治理和防護(hù)問題，因此邊坡柔性防護(hù)技術(shù)在我國已經(jīng)得到了廣泛的推廣及應(yīng)用，特別是柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)在我國已經(jīng)開始了大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)根據(jù)系統(tǒng)能級(jí)設(shè)計(jì)，不同的能級(jí)防護(hù)性能有所區(qū)別，且由于防護(hù)網(wǎng)長期工作在環(huán)境惡劣的邊遠(yuǎn)山區(qū)，隨著工作時(shí)間的增加，系統(tǒng)的安全性都會(huì)不同程度的有所降低。因此需要一種安全可靠的傳感技術(shù)來實(shí)時(shí)監(jiān)控柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的安全狀態(tài)，以便及時(shí)報(bào)警。
[0003]光纖光柵傳感技術(shù)相較于傳統(tǒng)的傳感技術(shù)而言,具有不受電磁干擾、現(xiàn)場(chǎng)無需供電、長期可靠性和穩(wěn)定性好，傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于鐵路無人區(qū)、無電區(qū)等惡劣環(huán)境下的長期穩(wěn)定工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種克服現(xiàn)有技術(shù)的不足并且符合經(jīng)濟(jì)高效需求的用于柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的智能監(jiān)測(cè)的光纖光柵拉力傳感器。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種光纖光柵拉力傳感器，該傳感器包括彈性基體和應(yīng)變光纖光柵，所述應(yīng)變光纖光柵沿著彈性基體的受力方向設(shè)置在所述彈性基體上，應(yīng)變光纖光柵刻?hào)艆^(qū)整體地固定在所述彈性基體上。
[0006]本發(fā)明提供的光纖光柵拉力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝方便、可靠性和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
[0007]優(yōu)選地，所述彈性基體設(shè)置有沿著彈性基體的受力方向的封柵槽，應(yīng)變光纖光柵的刻?hào)艆^(qū)設(shè)置在所述封柵槽內(nèi)，所述刻?hào)艆^(qū)的兩端被固定至所述封柵槽。將應(yīng)變光纖光柵的刻?hào)艆^(qū)嵌入所述封柵槽中，使得在受到外界沖擊時(shí)，不會(huì)由于傳感器的振動(dòng)而導(dǎo)致所述應(yīng)變光纖光柵的橫向振動(dòng)，避免了由于直接對(duì)傳感器的橫向沖擊所形成的損壞。
[0008]優(yōu)選地，所述彈性基體包括變形區(qū)，所述變形區(qū)的與所述受力方向垂直的橫向截面小于彈性基體其他部分的與所述受力方向垂直的橫向截面。所述彈性基體優(yōu)選地由彈性金屬材料制成。
[0009]優(yōu)選地，所述彈性基體包括沿著彈性基體的受力方向依次設(shè)置在所述彈性基體兩端的兩個(gè)安裝孔，用于安裝至施力裝置。
[0010]優(yōu)選地，在所述彈性基體上安裝有防護(hù)外殼，用于保護(hù)應(yīng)變光纖光柵。且優(yōu)選地，所述防護(hù)外殼通過設(shè)置在彈性基體上的外殼安裝孔安裝在所述彈性基體上。
[0011]優(yōu)選地，所述光纖光柵拉力傳感器還包括“O”型密封圈，所述“O”型密封圈安裝在所述防護(hù)外殼和所述彈性基體之間用于密封。[0012]優(yōu)選地，所述光纖光柵拉力傳感器還包括光纖堵頭，所述光纖堵頭安裝在防護(hù)外殼上并以包裹光纖的形式設(shè)置，用以保護(hù)光纖。
[0013]可選地，所述光纖光柵拉力傳感器還包括室外鎧裝光纜，所述室外鎧裝光纜固定在所述光纖堵頭上用以保護(hù)延伸出所述光纖光柵拉力傳感器的光纖。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，所述柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的下支撐繩上安裝有如上所述的光纖光柵拉力傳感器。
[0015]優(yōu)選地，所述光纖光柵拉力傳感器通過卸扣與所述下支撐繩相連接。
[0016]其中，所述彈性基體為彈性金屬材料經(jīng)過一系列的加工處理完成，其結(jié)構(gòu)特征具有對(duì)稱性，變形區(qū)的橫向截面小于彈性基體其他部分的橫向截面。所述變形區(qū)為應(yīng)變靈敏區(qū)，其包括用于封裝光纖光柵的封柵區(qū)。所述彈性基體包括左、右安裝孔、封柵槽、彈性體、外殼安裝孔，封柵槽沿著彈性基體的受力方向通過彈性基體的應(yīng)變靈敏區(qū)。所述光纖光柵拉力傳感器通過左、右安裝孔用卸扣與外界(諸如繩索、支撐繩等)連接在一起，拉力通過卸扣施加在彈性基體的左、右安裝孔上，在左、右安裝孔拉力作用下所述彈性基體產(chǎn)生應(yīng)變，將應(yīng)變傳遞給光纖光柵，所述封裝在彈性基體上的光纖光柵的特征波長將會(huì)產(chǎn)生變化。
[0017]本發(fā)明所述的光纖光柵拉力傳感器具體的工作原理如下:
1.將光纖光柵沿著彈性基體的受力方向設(shè)置，并將光纖光柵刻?hào)艆^(qū)的兩端固定在彈性基體上，例如使光纖光柵刻?hào)艆^(qū)沿彈性基體上的封柵槽，在刻?hào)艆^(qū)的兩端用膠粘接并固化；
2.將防護(hù)外殼安裝到彈性基體上，將所述光纖光柵在殼內(nèi)按照一定軌跡纏繞，并將兩端尾纖從外殼穿出。其中，防護(hù)外殼與彈性基體之間安裝有“O”型密封圈；
3.將光纖堵頭擰緊在防護(hù)外殼上，并將所述帶有室外鎧裝光纜的光纜接頭固定在光纖堵頭上，并用光纖熔接機(jī)將光纖光柵的尾纖與帶有鎧裝光纜的光纖接頭熔接在一起。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種使用柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)方法，其中所述光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的下支撐繩上用于監(jiān)測(cè)下支撐繩的拉力變化，從而監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢(shì)以及是否達(dá)到危險(xiǎn)程度。
[0019]優(yōu)選地，在所述監(jiān)測(cè)方法中，所述光纖光柵拉力傳感器通過卸扣與所述下支撐繩相連接。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用光纖光柵技術(shù)克服了傳統(tǒng)傳感技術(shù)抗電磁干擾能力差、現(xiàn)場(chǎng)供電難、長期穩(wěn)定性和可靠性不理想等技術(shù)問題；且相比于現(xiàn)有的光纖光柵拉力傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作難度低、成本低、光路無損耗、線性度良好等諸多優(yōu)點(diǎn)，且由于室外鎧裝光纜可直接用于惡劣的戶外環(huán)境，無需再額外進(jìn)行保護(hù)，因此有利于光纖傳感技術(shù)的廣泛推廣及使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖光柵拉力傳感器的正面剖視圖以及局部放大視圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖光柵拉力傳感器的俯視圖；
圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光纖光柵拉力傳感器彈性基體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖中的附圖標(biāo)記表不:1-防護(hù)外殼、2-彈性基體、3-應(yīng)變光纖光柵、4-光纖堵頭、5- “O”型密封圈、6-室外鎧裝光纜、7-左安裝孔、8-外殼安裝孔、9-右安裝孔、10-封柵槽、
11-彈性體。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步地進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0024]參照?qǐng)D1和圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，光纖光柵拉力傳感器包括防護(hù)外殼1、彈性基體2、應(yīng)變光纖光柵3、光纖堵頭4、“O”型密封圈5、室外鎧裝光纜6。
[0025]參照?qǐng)D3，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，光纖光柵拉力傳感器彈性基體2包括左安裝孔7、外殼安裝孔8、右安裝孔9、封柵槽10、彈性體11。
[0026]其中，所述應(yīng)變光纖光柵3沿著彈性基體2的將要受力的方向設(shè)置；并將光纖光柵刻?hào)艆^(qū)的兩端固定在所述彈性基體2上，例如優(yōu)選地，使光纖光柵刻?hào)艆^(qū)沿彈性基體2上的封柵槽10嵌入彈性基體2中，刻?hào)艆^(qū)整體地用膠粘接并固化在彈性基體2的封柵槽10中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的，在初始狀態(tài)下，光纖光柵的兩端可以是不受力的，也可以被預(yù)先施加一定拉力。在初始狀態(tài)下測(cè)定光纖光柵的反射峰值作為基準(zhǔn)，用于計(jì)算光纖光柵傳感器投入使用后的受力值。
[0027]所述光纖光柵拉力傳感器通過左安裝孔7和右安裝孔9與卸扣相連，給所述的彈性體11施加載荷(即，拉力)；
所述防護(hù)外殼I通過外殼安裝孔8安裝在彈性基體2上，起到保護(hù)光纖光柵的作用； 所述“O”型密封圈5安裝在防護(hù)外殼I和彈性基體2之間，起到密封的作用；
所述應(yīng)變光纖光柵3用膠封裝在封柵槽10內(nèi)，當(dāng)所述的彈性體11因載荷作用發(fā)生拉伸應(yīng)變時(shí)，將應(yīng)變傳遞給應(yīng)變光纖光柵3 ；
所述光纖堵頭4安裝在防護(hù)外殼上I用以保護(hù)光纖，還能防止拉扯光纖時(shí)不會(huì)使其脫出于防護(hù)外殼I之外；
所述室外鎧裝光纜6用壓接或者膠粘等方式固定在光纖堵頭4上，可直接用于惡劣的戶外環(huán)境，無需再額外進(jìn)行保護(hù)，因此有利于光纖傳感技術(shù)的廣泛推廣及使用。
[0028]本發(fā)明所述的光纖光柵拉力傳感器可適用于監(jiān)測(cè)柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的支撐繩尤其是下支撐繩的拉力，通過卸扣安裝在防護(hù)網(wǎng)下支撐繩上，通過監(jiān)測(cè)下支撐繩的拉力，進(jìn)而監(jiān)測(cè)整個(gè)柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的安全狀態(tài)。如果得到某光纖光柵傳感器反射的激光的波長發(fā)生偏移且在某一瞬間迅速變大，這意味著該傳感器所在的下支撐繩上的拉力發(fā)生了變化，該片防護(hù)網(wǎng)受到了落石沖擊；如果波長偏移速度較快，說明危險(xiǎn)異物(例如落石)沖擊能量較大；如果波長瞬間增大后又在某一時(shí)間段內(nèi)變?yōu)樨?fù)值，說明該片防護(hù)網(wǎng)受到落石沖擊后，防護(hù)網(wǎng)破網(wǎng)；如果反射激光的波長達(dá)到某個(gè)預(yù)定值，說明該片防護(hù)網(wǎng)下支撐繩所受拉力已經(jīng)達(dá)到或者超過了預(yù)先設(shè)定值，該片防護(hù)網(wǎng)有大量堆積的落石，需要清理；而如果應(yīng)該由該傳感器反射的激光消失，則說明很可能是損毀了該位置的傳感器。如前所述，優(yōu)選地，可將應(yīng)變光纖光柵的刻?hào)艆^(qū)嵌入所述封柵槽中，這使得在傳感器本身直接受到外界沖擊時(shí)，不會(huì)由于傳感器的振動(dòng)而導(dǎo)致所述應(yīng)變光纖光柵的過度的橫向振動(dòng)，避免了由于直接對(duì)傳感器的橫向沖擊所形成的損壞(因?yàn)樵摏_擊或許并不至于通過傳感器的兩端在縱向方向上拉斷光纖光柵傳感器)。[0029]通過大量理論分析以及實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)受到落石沖擊時(shí)，上支撐繩受力情況復(fù)雜，由于上支撐繩受力受到上拉繩以及減壓環(huán)影響，因此不同安裝位置的拉力不一致，但下支撐繩上各處受力均勻。因此將本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的光纖光柵拉力傳感器安裝于防護(hù)網(wǎng)下支撐繩上，有效的監(jiān)測(cè)了防護(hù)網(wǎng)的安全狀態(tài)。且當(dāng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生破網(wǎng)時(shí)通過所述的光纖光柵拉力傳感器能準(zhǔn)確捕捉到信號(hào)，可達(dá)到柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)的要求。
[0030]本發(fā)明為柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)用于邊坡防護(hù)的推廣使用以及光纖光柵傳感技術(shù)用于工程監(jiān)測(cè)提供了一種有效的、穩(wěn)定可靠的解決手段。
[0031]本發(fā)明不僅局限于柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的拉力監(jiān)測(cè)，可廣泛的適用于相類似的工程應(yīng)用。本發(fā)明的功能特征不限于前面給出的那些例子，這樣可以設(shè)想本發(fā)明精神內(nèi)的任意種類的功能。盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但并非為了將本發(fā)明限制為這里所闡述的具體例子。相反，本發(fā)明的范圍僅受限于所述權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵拉力傳感器，其特征在于，所述光纖光柵拉力傳感器包括彈性基體和應(yīng)變光纖光柵，所述應(yīng)變光纖光柵沿著彈性基體的受力方向設(shè)置在所述彈性基體上，應(yīng)變光纖光柵刻?hào)艆^(qū)整體地固定在所述彈性基體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述彈性基體設(shè)置有沿著彈性基體的受力方向的封柵槽，所述應(yīng)變光纖光柵的刻?hào)艆^(qū)設(shè)置在所述封柵槽內(nèi)，并且所述刻?hào)艆^(qū)被整體地固定在所述封柵槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述彈性基體還包括變形區(qū)，所述變形區(qū)的與所述受力方向垂直的橫向截面小于彈性基體其他部分的與所述受力方向垂直的橫向截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述彈性基體由彈性金屬材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述彈性基體包括沿著彈性基體的受力方向依次設(shè)置在所述彈性基體兩端的兩個(gè)安裝孔，用于安裝至施力裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中在所述彈性基體上安裝有防護(hù)外殼，用于保護(hù)應(yīng)變光纖光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述防護(hù)外殼通過設(shè)置在彈性基體上的外殼安裝孔安裝在所述彈性基體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光纖光柵拉力傳感器,其中所述光纖光柵拉力傳感器還包括“O”型密封圈，所述“O”型密封圈安裝在所述防護(hù)外殼和所述彈性基體之間用于密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述光纖光柵拉力傳感器還包括光纖堵頭，所述光纖堵頭安裝在防護(hù)外殼上并以包裹光纖的形式設(shè)置，用以保護(hù)光纖。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵拉力傳感器，其中所述光纖光柵拉力傳感器還包括室外鎧裝光纜，所述室外鎧裝光纜固定在所述光纖堵頭上用以保護(hù)延伸出所述光纖光柵拉力傳感器的光纖。
11.一種柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，其特征在于，所述柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的下支撐繩上安裝有根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的光纖光柵拉力傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，其中所述光纖光柵拉力傳感器通過卸扣與所述下支撐繩相連接。
13.一種使用柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)方法，其中如權(quán)利要求1-10之任一項(xiàng)所述的光纖光柵拉力傳感器安裝在所述柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的下支撐繩上用于監(jiān)測(cè)下支撐繩的拉力變化，從而監(jiān)測(cè)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)的變形的趨勢(shì)以及是否達(dá)到危險(xiǎn)程度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的監(jiān)測(cè)方法，所述光纖光柵拉力傳感器通過卸扣與所述下支撐繩相連接。
【文檔編號(hào)】G01L1/24GK103983384SQ201310050093
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】張植俊, 溫海寧, 劉云飛, 曹學(xué)光, 董坤, 翟江蘭, 錢鴻治, 于國瑞, 劉單, 姜婷, 楊小軍, 仝義安, 安恩陽, 從宇殊 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司