一种高精度大量程光纤光栅位移传感器

1.本实用新型基于光纤光栅技术，是一种对结构进行实时监测的高精度大量程光纤光栅位移传感器，属于光纤传感技术领域。


背景技术：

2.光纤光栅传感器作为一种新型的传感监测传感元件，由于其重量轻，体积小，灵敏度高，动态监测范围大，抗干扰能力强等诸多优点，已被广泛应用于桥梁、大坝等诸多土木工程领域以及应用于结构健康监测领域。但是现有的测量位移的光纤光栅传感器的测试效果都有待提高，在位移准确性，精度，滞后时间等方面均不理想。为了实现结构的实时监测，掌握结构的健康状况，开发了一种高精度大量程光纤光栅位移传感器，可以实现大量程的位移测量功能，测量结果更为准确和真实。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的问题，本实用新型设计一种高精度大量程光纤光栅位移传感器。
4.本实用新型采用的技术方式：
5.一种高精度大量程光纤光栅位移传感器，包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、拉伸弹簧、滑动杆、光滑轨道、定位片、限位结构、传动杆、毛细钢管、光纤松套、保护外壳；传动杆贯穿保护外壳，传动杆左端设有限位螺栓与保护外壳外侧壁抵接；传动杆侧壁固接有滑动杆，滑动杆另一端在光滑轨道内左右滑动；在光滑轨道内设有限位块，限位块为滑动杆的初始位置；滑动杆与拉伸弹簧前端连接，拉伸弹簧后端与定位片连接；定位片与光纤光栅前端粘接，光纤光栅后端的尾纤外套设有光纤松套，光纤松套外壁与毛细钢管内壁抵接；毛细钢管贯穿设在保护外壳上。
6.保护外壳还放置裸光纤光栅，裸光纤光栅前端尾纤与保护外壳内壁粘结，光纤光栅后端尾纤外套设有光纤松套，光纤松套外壁与毛细钢管内壁抵接；毛细钢管贯穿设在保护外壳上。
7.保护外壳为不锈钢与pvc混合材质。
8.本实用新型的优点如下：
9.1、本实用新型采用裸光纤光栅直接受力，自身产生应变，进而使得中心波长发生改变的方式实现位移的监测，并没有将光纤光栅粘贴在基体上。这样一来充分利用了光纤光栅自身的形变能力，提高了监测灵敏度，避免了粘贴过程中给光纤光栅造成初始变形，可显著提高了传感器的监测精度。
10.2、本实用新型拉伸弹簧的初始状态为受拉状态，使光纤光栅受预拉力作用，当传动杆产生位移时，使弹簧发生变形，持续受拉，通过定位片拉动光纤光栅，光纤光栅全程受拉，避免受压折断。
11.3、本实用新型位移传感器内部除了测位移的光纤光栅外还有一根裸光纤光栅放
置其中进行温度补偿，避免了由于外界环境温度变化产生影响进而导致误差，有利于实现结构的长期监测。
12.4、本实用新型的保护外壳为304不锈钢与pvc混合材质，使传感器内部环境封闭且稳定，造价低廉，制作简单，稳定性好，具有良好的抗腐蚀能力，不易受到外部干扰可对光纤光栅起到良好的保护作用。
13.5、本光纤光栅位移传感器结构简单、测量精度高、稳定性好、易于加工制造、灵敏度高、抗电磁干扰、抗腐蚀，具有较好的适用性和拓展性。
附图说明
14.图1是本实用新型的整体接头示意图。
15.图2是本实用新型的三维剖视图。
16.图3是本实用新型的外部立体图。
具体实施方式
17.结合附图1
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3对本装置的实例进行详细说明如下：
18.一种高精度大量程光纤光栅位移传感器，包括第一光纤光栅1、拉伸弹簧3、滑动杆4、光滑轨道5、定位片6、限位结构7、传动杆8、毛细钢管9、光纤松套10、保护外壳11；传动杆8贯穿保护外壳11，传动杆8左端设有限位螺栓与保护外壳11外侧壁抵接；传动杆8侧壁固接有滑动杆4，滑动杆4另一端在光滑轨道5内左右滑动；在光滑轨道5内设有限位块7，限位块7为滑动杆4的初始位置；滑动杆4与拉伸弹簧3前端连接，拉伸弹簧3后端与定位片6连接；定位片6与光纤光栅1前端粘接，光纤光栅1后端的尾纤外套设有光纤松套10，光纤松套10外壁与毛细钢管9内壁抵接；毛细钢管9贯穿设在保护外壳11上。
19.保护外壳11还放置第二光纤光栅2，第二光纤光栅2前端尾纤与保护外壳11内壁粘结，第二光纤光栅2后端尾纤外套设有光纤松套10，光纤松套10外壁与毛细钢管9内壁抵接；毛细钢管9贯穿设在保护外壳11上。
20.保护外壳11为304不锈钢与pvc混合材质。
21.光纤光栅为bragg光栅。
22.拉伸弹簧、滑动杆、传动杆与定位片的材质均为304不锈钢。
23.进一步的，采用裸光纤光栅直接受力，自身产生应变，进而使得中心波长发生改变的方式实现位移的监测，并没有将光纤光栅粘贴在基体上。这样一来充分利用了光纤光栅自身的形变能力，提高了监测灵敏度，避免了粘贴过程中给光纤光栅造成初始变形，可显著提高了传感器的监测精度。
24.进一步的，弹簧的初始状态为受拉状态，使光纤光栅受预拉力作用，当传动杆产生位移时，使弹簧发生变形，持续受拉，通过定位片拉动光纤光栅，光纤光栅全程受拉，避免受压折断。
25.进一步的，保护外壳为304不锈钢与pvc混合材质，使传感器内部环境封闭且稳定，安装简单，使用方便，设备成本低，稳定性好，具有良好的抗腐蚀能力，不易受到外部干扰可对光纤光栅起到良好的保护作用。
26.进一步的，采用拉伸弹簧将相对位移转化成弹力，施加在裸光纤光栅上，进而使光
纤光栅发生轴向变形，获取到中心波长变化信号。对此，弹簧的刚度直接影响着光栅中心波长的变化量。通过选取不同刚度的弹簧，可以灵活的改变测量精度。
27.进一步的，位移传感器内部除了测位移的光纤光栅外还有一根裸光纤光栅放置其中进行温度补偿，避免了由于外界环境温度变化产生影响进而导致误差，有利于实现结构的长期监测。
28.具体安装过程为：
29.将传动杆8置于传感器中心，传动杆8侧壁连接滑动杆4；滑动杆4在光滑轨道5上移动，采用限位结构7使滑动杆4固定在初始位置；滑动杆4与拉伸弹簧3前端连接，拉伸弹簧3后端与定位片6连接；定位片6与第一光纤光栅1前端的尾纤粘接，第一光纤光栅1后端的尾纤外套设有光纤松套10，光纤松套10外壁与毛细钢管9内壁抵接；一侧放置第二光纤光栅2，前端尾纤与平台粘结，第二光纤光栅2后端的尾纤外套设有光纤松套10，光纤松套10外壁与毛细钢管9内壁抵接；被测结构与传动杆7前端连接。完成构件装配。
30.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而不是局限于此说明，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。


技术特征：
1.一种高精度大量程光纤光栅位移传感器，其特征在于，包括第一光纤光栅、拉伸弹簧、滑动杆、光滑轨道、定位片、限位结构、传动杆、毛细钢管、光纤松套、保护外壳；传动杆贯穿保护外壳，传动杆左端设有限位螺栓与保护外壳外侧壁抵接；传动杆侧壁固接有滑动杆，滑动杆另一端在光滑轨道内左右滑动；在光滑轨道内设有限位块，限位块为滑动杆的初始位置；滑动杆与拉伸弹簧前端连接，拉伸弹簧后端与定位片连接；定位片与光纤光栅前端粘接，光纤光栅后端的尾纤外套设有光纤松套，光纤松套外壁与毛细钢管内壁抵接；毛细钢管贯穿设在保护外壳上。2.根据权利要求1所述的一种高精度大量程光纤光栅位移传感器，其特征在于：保护外壳还放置第二光纤光栅，第二光纤光栅前端尾纤与保护外壳内壁粘结，第二光纤光栅后端尾纤外套设有光纤松套，光纤松套外壁与毛细钢管内壁抵接；毛细钢管贯穿设在保护外壳上。

技术总结
本实用新型一种高精度大量程光纤光栅位移传感器，包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、拉伸弹簧、滑动杆、光滑轨道、定位片、限位结构、传动杆、毛细钢管、光纤松套、保护外壳；传动杆贯穿保护外壳，传动杆左端设有限位螺栓与保护外壳外侧壁抵接；传动杆侧壁固接有滑动杆，滑动杆另一端在光滑轨道内左右滑动；在光滑轨道内设有限位块，限位块为滑动杆的初始位置；滑动杆与拉伸弹簧前端连接，拉伸弹簧后端与定位片连接；定位片与光纤光栅前端粘接，光纤光栅后端的尾纤外套设有光纤松套，光纤松套外壁与毛细钢管内壁抵接；毛细钢管贯穿设在保护外壳上。本新型结构简单、测量精度高、稳定性好、灵敏度高、抗腐蚀，适用性和拓展性较好。适用性和拓展性较好。适用性和拓展性较好。


技术研发人员：孙丽 孙欣欣 王兴业 李超 李闯 邓志军 石文龙
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：2020.10.07
技术公布日：2021/9/7