一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，它包括光纤光栅、齿轮以及齿条，固定于被测结构甲的甲端板内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的支架板，该支架板的自由端中部设有凹槽，且凹槽顶端设有套装转轴的套筒，齿轮的偏心点穿过转轴中部并相连为一体，固定于被测结构乙的乙端板内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的齿条，齿轮下端与该齿条相啮合，两个光纤光栅对称设于支架板的上下表面。本实用新型传感器通过光纤光栅波长漂移值可得出所测位移大小。齿轮和齿条分别固定在发生相对位移的两个结构上，彼此互作参考系，实现无固定参考系情况下的位移测量，即相对位移的测量，达到操作简单，性能稳定、可靠，精度高的工程结构的健康监测。
【专利说明】
一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种传感器，尤其涉及一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，属于光纤传感技术领域。
【背景技术】
[0002]以光纤光栅为元件的传感器具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等诸多优点，目前已被广泛应用于工程结构的健康监测。其中，在应变和温度两个方面对光纤光栅传感技术的应用和研究是最多的，而对于位移监测方面的研究和应用相对较少。大部分光纤光栅位移传感器都是基于悬臂梁结构设计的，该结构是将光纤光栅粘贴在悬臂梁表面，当悬臂梁自由端受力产生位移时，粘贴在悬臂梁表面的光纤光栅发生应变，从而引起光纤光栅反射波长的漂移。通过波长漂移量的大小可以计算出悬臂梁悬臂端位移的大小，从而实现位移的测量。这些悬臂梁式光纤光栅位移传感器都需要固定在一定的物体上形成固定参考系，而在实际工程中需要测量的位移值有时无法找到固定结构作为参考系，或需测量两结构之间的相对位移时，普通光纤光栅位移传感器无法准确测量。
【发明内容】
[0003]本实用新型就是针对上述问题提出来的，目的就是为了解决现有光纤光栅位移传感器无法测量两结构之间的相对位移的问题，且传感器可以实现测量无固定参考系物体之间的相对位移的一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型解决技术问题的技术方案是:
[0005]—种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，包括光纤光栅、齿轮以及齿条，其在于固定于被测结构甲的甲端板内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的支架板，该支架板的自由端中部设有凹槽，且凹槽顶端设有套装转轴的套筒，齿轮的偏心点穿过转轴中部并相连为一体，固定于被测结构乙的乙端板内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的齿条，所述的齿轮下端与该齿条相啮合，两个光纤光栅对称设于支架板的上、下表面。
[0006]所述的齿条下端的适配位置还分别设有定向轮和支撑杆。
[0007]所述的甲端板和乙端板的下端均设有斜撑。
[0008]所述的甲端板上的螺栓孔为条形螺栓孔。
[0009]由于采用上述结构，使得本实用新型具有下列优点和效果:
[0010]本实用新型通过由于采用偏心齿轮将水平位移转化成齿轮的圆周运动进而引起与齿轮相连接的支架板作为悬臂梁上的应变变化，悬臂梁的应变变化引起粘贴在梁上的光纤光栅波长的漂移，通过光纤光栅波长的漂移值可得出所测位移值。将传感器的两个重要组件齿轮和齿条分别固定在发生相对位移的两个结构上，彼此互作参考系，较好的解决了现有光纤光栅位移传感器无法测量两结构之间的相对位移的问题，实现无固定参考系情况下的位移测量，即相对位移的测量，而且达到操作简单，性能稳定、可靠，精度高的工程结构的健康监测。
【附图说明】
[0011 ]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0012]图1是本实用新型一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器主视结构示意图；
[0013]图2是本实用新型图1的II剖视结构示意图；
[0014]图3是本实用新型图1部分放大的左视结构示意图。
[0015]图中:被测结构甲I，甲端板2，光纤光栅3，支架板4，齿轮5，被测结构乙6，乙端板7，斜撑8，支撑杆9，齿条10，定向轮11，转轴12，条形螺栓孔13。
【具体实施方式】
[0016]下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本实用新型技术方案的前提下，对本实用新型所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本实用新型的权利要求范围之内。
[0017]实施例1
[0018]图1、2、3所不一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，包括光纤光栅、齿轮以及齿条，其于固定于被测结构甲I的甲端板2内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的支架板4，该支架板4的自由端中部设有凹槽，且凹槽顶端设有套装转轴12的套筒，齿轮5的偏心点穿过转轴12中部并相连为一体，固定于被测结构乙6的乙端板7内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的齿条10，所述的齿轮5下端与该齿条10相啮合，齿条10下端的适配位置还分别设有定向轮11和支撑杆9，两个光纤光栅3对称设于支架板4的上、下表面。甲端板2和乙端板7的下端均设有斜撑8，甲端板2上的螺栓孔为条形螺栓孔13。
[0019]实施例2
[0020]图1、2、3—种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，包括光纤光栅、齿轮以及齿条，其固定于被测结构甲I的甲端板2内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的支架板4，该支架板4的自由端中部设有凹槽，且凹槽顶端设有套装转轴12的套筒，齿轮5的偏心点穿过转轴12中部并相连为一体，固定于被测结构乙6的乙端板7内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的齿条10，所述的齿轮5下端与该齿条10相啮合，两个光纤光栅3对称设于支架板4的上、下表面。
[0021]本实用新型的一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器具体使用时:
[0022]在进行相对位移测量时，将本发明的左右部分分别固定在被测结构甲、乙上，齿条10在定向轮11和撑杆9的支撑下保持水平。转动齿轮5使支架板4处于水平不受力状态，即齿轮5偏心点与齿轮圆心处于同一水平线上。松开甲端板2上的螺栓调节支架板4的高度，在齿轮5和齿条10刚好咬合不受力状态时，拧紧螺栓将支架板4固定在甲端板2上。此时支架板4不受力，粘贴在支架板4上下表面的光纤光栅3不发生波长漂移。
[0023]当被测结构甲、乙间发生相对位移时齿轮5在齿条10上转动。由于齿轮5是绕偏心点转动，随着齿轮5的转动，支架板4自由端也随着偏心点有向上或向下的运动并产生以一定的挠度。被测结构甲1、被测结构乙6两个结构无论是一个运动一个静止，还是两个都运动，当结构间发生相向运动时，齿轮5在齿条10上顺时针转动，支架板4下侧受拉，上表面的光纤光栅感受负应变，下表面的光纤光栅感受正应变。反之，当结构间发生背离运动时，齿轮5在齿条10上逆时针转动，支架板4上侧受拉，上表面的光纤光栅感受正应变，下表面的光纤光栅感受负应变。无论齿轮5顺时针还是逆时针转动，两个光纤光栅3总是一个感受正应变，另一个感受负应变，且两者的绝对值相等，感受正应变的光纤光栅波长变化值与感受负应变的光纤光栅波长变化值之差即为排除温度影响后的光纤光栅波长变化值的两倍。进而可以得到精确的位移变化引起的光纤光栅波长漂移值。通过波长漂移值与位移的关系式可得出所测结构间的相对位移值，实现光纤光栅相对位移传感器的测量目的。
【主权项】
1.一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，包括:光纤光栅、齿轮以及齿条，其特征在于固定于被测结构甲(I)的甲端板(2)内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的支架板(4)，该支架板(4)的自由端中部设有凹槽，且凹槽顶端设有套装转轴(12)的套筒，齿轮(5)的偏心点穿过转轴(12)中部并相连为一体，固定于被测结构乙(6)的乙端板(7)内侧壁的适配位置，并通过螺栓固连的齿条(10)，所述的齿轮(5)下端与该齿条(10)相啮合，两个光纤光栅(3)对称设于支架板(4)的上、下表面。2.根据权利要求1所述的一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，其特征在于所述的齿条(10)下端的适配位置还分别设有定向轮(11)和支撑杆(9)。3.根据权利要求1所述的一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，其特征在于所述的甲端板(2)和乙端板(7)的下端均设有斜撑(8)。4.根据权利要求1或3所述的一种测量相对位移的光纤光栅位移传感器，其特征在于所述的甲端板(2)上的螺栓孔为条形螺栓孔(13)。
【文档编号】G01B11/02GK205537522SQ201620209606
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】孙丽, 夏阳, 刘海成, 康奎久
【申请人】沈阳建筑大学, 沈阳优易施建筑科技开发有限公司