一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器的制作方法

本实用新型涉及结构倾角测量及光纤传感技术领域，尤其涉及一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器。

背景技术：

倾角传感器在现实中的应用非常广泛，各种大型建筑物诸如大厦、桥梁、斜坡和隧道都要经常监测它们的倾斜角度，另外也可以将其应用在飞行器的电子罗盘，水平平台的静态自矫正以及肢体运动姿态检测等实际领域。近年来随着光纤传感技术的成熟和发展，基于光纤光栅的倾角传感器逐渐引起了人们的兴趣。与传统的倾角传感器相比，光纤光栅倾角传感器具有抗电磁干扰能力强、结构简单、测量精度高、长期稳定性好、复用能力强、可以实现分布式在线监测等优点，具有广阔的日应用前景。

中国发明专利CN201410477101.8中，公布了一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器及其使用方法，该传感器结构包括水银柱金属壳、水银、水银柱支撑架、外壳、光纤引出孔、导出光纤、传压活塞、光纤光栅、等强度悬臂梁、底座等，将水银填充满水银柱金属壳内，水银通过传压活塞密闭于水银柱金属壳，水银柱金属壳由水银柱支撑架固定在外壳内，外壳焊接在底座上方，传压活塞下端连接传力杆的上端，传力杆的下端连接等强度悬臂梁的自由端，光纤Bragg光栅粘贴在等强度悬臂梁上下两壁，等强度悬臂梁右端固定于悬臂梁支撑柱上，导出光纤通过光纤引出孔引出并与外接光缆相连接，光纤引出孔用环氧树脂封闭，悬臂梁支撑柱焊接在外壳内的底部。该倾角传感器根据粘贴在等强度悬臂梁上下两壁的光纤光栅中心反射波长差值与传感器倾角的关系式可以计算出传感器被测对象的倾角变化。虽然可以提高倾角传感器的灵敏度和测量范围，但是水银热胀冷缩而且易挥发需要较高的封装技术。另外，该倾角传感器结构复杂且比较笨重，影响其实用性。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种能高精度测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器。

本实用新型的实施例提供一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器，包括壳体，所述壳体的下端面中心设有质量球，所述质量球能在壳体内滑动，所述质量球的两侧对称固接一V形金属结构，所述壳体的下端面两侧均设有一相同结构的等强度悬臂梁，所述V形金属结构和等强度悬臂梁相接触，所述等强度悬臂梁能弯曲，两等强度悬臂梁的外侧分别固接一悬臂梁支撑柱，两悬臂梁支撑柱的结构相同且对称，两悬臂梁支撑柱的另一侧均固接在壳体的内侧，所述等强度悬臂梁上均黏贴有光纤光栅。

进一步，所述V形金属结构的顶角与质量球固接，V形金属结构的两底角分别与两等强度悬臂梁的一端相接触。

进一步，所述等强度悬臂梁的长度与壳体的宽度相适配，等强度悬臂梁与两V形金属结构的各一边构成一等腰三角形，等腰三角形的两底角与壳体的内侧相接触。

进一步，所述等强度悬臂梁与两V形金属结构的各一边构成一钝角三角形。

进一步，所述悬臂梁支撑柱与等强度悬臂梁构成T形结构。

进一步，所述悬臂梁支撑柱固接在等强度悬臂梁的中间。

进一步，所述壳体为上端面开口的长方体金属结构。

进一步，所述V形金属结构通过一根金属片沿中心处弯曲折叠而成。

进一步，所述等强度悬臂梁是由柔韧性好的金属材料制成，等强度悬臂梁的两端结构相同且相互对称。

进一步，所述光纤光栅在黏贴前进行了预拉伸。

与现有技术相比，本实用新型结构简单，便于安装和重复使用，具有很强的实用性，适用范围广泛；采用波长解码技术，避免了光源功率和损耗对测量的影响，适合长期监测；采用等强度悬臂梁结构，可以增大传感器的测量量程，而且，避免了光纤光栅悬空安装带来的损耗；采用质量球和V形金属结构实现二维倾角的测量，灵敏度高，动态范围大，线性度好，抗电磁干扰，易组网实现分布式在线监测，适用于复杂恶劣的环境。

附图说明

图1是本实用新型一实施例平衡的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例向西倾斜的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例向南倾斜的结构示意图。

图中各标号：1-壳体、2-质量球、3-V形金属结构、4-等强度悬臂梁、5-悬臂梁支撑柱、6-光纤光栅、7-导出光纤。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器，包括壳体1，在一实施例中，壳体1为上端面开口的长方体金属结构。

壳体1的下端面中心设有质量球2，质量球2能在壳体1内滑动，质量球2的两侧对称固接一V形金属结构3，壳体1的下端面两侧均设有一相同结构的等强度悬臂梁4，V形金属结构3和等强度悬臂梁4相接触，等强度悬臂梁4能弯曲，在一实施例中，V形金属结构3通过一根金属片沿中心处弯曲折叠而成，V形金属结构3的顶角与质量球2固接，V形金属结构3的两底角分别与两等强度悬臂梁4的同一端相接触，在一最佳实施例中，等强度悬臂梁4的长度与壳体1的宽度相适配，等强度悬臂梁4与两V形金属结构3的各一边构成一等腰三角形，等腰三角形的两底角与壳体1的内侧相接触，等强度悬臂梁4与两V形金属结构3的各一边构成一钝角三角形。

两等强度悬臂梁4的外侧分别固接一悬臂梁支撑柱5，两悬臂梁支撑柱5的结构相同且对称，两悬臂梁支撑柱5的另一侧均固接在壳体1的内侧，在一实施例中，等强度悬臂梁4是由柔韧性好的金属材料制成，等强度悬臂梁4的两端结构相同且强度相同，悬臂梁支撑柱5固接在等强度悬臂梁4的中间，悬臂梁支撑柱5与等强度悬臂梁4构成T形结构。等强度悬臂梁4上均黏贴有光纤光栅6，光纤光栅6在黏贴前进行了预拉伸。

请参考图1，光纤光栅倾角传感器平衡时，质量球2处于平衡状态，不发生滑动。

光纤光栅倾角传感器倾斜时，光纤光栅倾角传感器可测量向东西南北任一方向倾斜的倾斜角。

请参考图2，以向西倾斜为例，质量球2在壳体1内向光纤光栅倾角传感器倾斜方向滑动，即质量球2在壳体内向西滑动，质量球2带动V形金属结构3的西侧部分发生滑动，V形金属结构3的西侧部分的整体滑动带动与之相接触的等强度悬臂梁4发生弯曲，等强度悬臂梁4的弯曲带动黏贴在其上的光纤光栅6沿轴向拉伸，光纤光栅6的拉伸使光纤光栅6的中心反射波长发生改变，通过光纤光栅解调仪测得光纤光栅6的反射波长变化量，从而可以计算出光纤光栅倾角传感器所测对象的倾斜角。

向东倾斜与向西倾斜的过程相类似。

请参考图3，以向南倾斜为例，质量球2在壳体1内向光纤光栅倾角传感器倾斜方向滑动，即质量球2在壳体内向南滑动，质量球2带动南侧的V形金属结构3发生形变，南侧V形金属结构3的形变带动与之相接触的等强度悬臂梁4发生弯曲，等强度悬臂梁4的弯曲带动分别黏贴在其上的光纤光栅6沿轴向拉伸，光纤光栅6的拉伸使光纤光栅6的中心反射波长发生改变，通过光纤光栅解调仪测得光纤光栅6的反射波长变化量，从而可以计算出光纤光栅倾角传感器所测对象的倾斜角。

向北倾斜与向南倾斜的过程相类似。

本实用新型可以应用在飞行器的电子罗盘，水平平台的静态自矫正以及肢体运动姿态检测等实际领域，不受电磁干扰，结构简单，便于安装，易实现组网；采用波长解码技术，避免了光源功率和损耗对测量的影响，适合长期监测；采用等强度悬臂梁结构，可以增大传感器的测量量程，而且，避免了光纤光栅悬空安装带来的损耗。

在本文中，所涉及的东、西、南、北等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。