专利名称：一种光纤型力值监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤传感装置，具体涉及一种光纤型力值监测装置。
背景技术：
力值的测量是最普遍的需求之一，其应用面非常广阔，从日常生活到工农业的生产均是需要的，其中应用最多的是电阻应变片，其体积小、成本低、应用广，但其缺点也是突出。电阻应变片依靠微弱的电阻变化来反映力值的变化，存在着非线性问题、温度漂移和零点偏移等问题，这些需要精密的电桥电路来保证测量的准确性，当处于强电磁干扰环境时，会对整个测试电路造成影响，这不仅影响电阻应变片测试系统的稳定性，同时对其使用寿命也有较大不利影响。另外，在易燃易爆的场所使用也需采取特殊的结构，从而增加了成本。光纤光栅是近年来发展较快的一种光纤传感技术，相对于传统的如电阻应变片类型的传感装置，具有精度高、寿命长、抗电磁干扰，易于与微机连接等优点，但基于光纤光栅(这里简称FBG)的力值传感器也有一些缺点，如动态范围小、监测设备昂贵等问题。在《光电子 激光》2005年第16卷第10期刊登的《光纤光栅在预应力钢绞线应力测量中的应用》文章中结论部分就提到，“……，对应预应力钢绞线应变为5457 μ ε时，FBG出现断裂。由于预应力钢绞线的应变通常可达到10000 μ ε以上，因此FBG的贴装工艺需改进，……”。上述文章中提到的对应FBG断裂的应 变值是实验中的数据，实际工程的长期使用环境下，对应FBG断裂的应变值由于应力腐蚀等问题会小很多。另一方面，钢材料的线热膨胀系数大约高于基于石英材料的FBG的线热膨胀系数两个数量级，这也是需要考虑的因素之一。所以，FBG应变监测工程中的贴装工艺的改进需要满足诸多苛刻条件的要求，如测试结果的准确性和线性问题，长期使用的稳定性和寿命问题，以及线热膨胀系数差异所引入的问题，这些都限制了其在实际工程中的推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光纤型力值监测装置，具有微弯光纤传感技术的精度高、抗电磁干扰、成本低的优点，且其光路是全封闭的具有良好的稳定性、大的动态范围、长寿命及抗振动特性，其检测设备可使用光纤通信领域最常见的光源-光功率计就可以，使该力值监测装置的结构简单、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，并可应用于易燃易爆场所，减少安全事故的发生可能性，使用价值高，适应性强。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种光纤型力值监测装置，包括一壳体和一光纤弯曲传感单元，在所述的壳体上有一开口，一个移动杆与开口滑动配合，所述的移动杆的一端与位于所述的壳体内的滑板连接，所述的移动杆的另一端位于壳体外，在所述的壳体上和位于壳体外的移动杆上安装有固定或连接装置；所述光纤弯曲传感单元包括供信号光纤穿过的曲线形测试通道和与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元；所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，所述多个变形齿一和多个变形齿二呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，所述变形齿一和变形齿二对应布设在信号光纤的两侧；在所述的壳体内壁与滑板间安置有曲线形测试通道。在所述的滑板与壳体内壁间还安置有与曲线形测试通道并联的辅助弹簧。在所述的滑板与壳体内部相对的两个面之间分别安置是辅助弹簧和曲线形测试通道。所述的辅助弹簧是蝶形弹簧或蝶形弹簧的组合。所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、波纹管或柱体。所述的测试单元壳体外，所述的信号光纤的一部分穿过壳体壁上的开口并与测试单元连接。在所述的壳体内壁与滑板间安置有与曲线形测试通道串联连接的补偿弹簧。在所述的移动杆上安置有防扭器。在所述的壳体内壁有凹槽，滑板上有凸棱，所述的凹槽和凸棱是滑动配合。本发明与现有技术相比具有以下优点:1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。2、通过采用基于光纤微弯传感技术的监测装置可以提高测试精度，并具有良好的抗电磁干扰能力、耐腐蚀性，同时具有良好的抗震能力，适于实际工程环境条件。3、其全封闭的光路检测系统，提高了光纤传感单元的稳定性、可靠性，增加了力值传感装置的安全性，并适于应用在易燃易爆的场所。4、采用特种光纤可以大幅度的延长光纤传感单元的使用寿命，如采用理论设计寿命200年的碳涂覆光纤，可以大大降低维护成本。5、本发明的力值传感装置具有较大的动态范围，并且更换不同的辅助弹簧可以检测不同的力值范围，具有更广阔的应用前景。综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、监测动态范围大，实用价值高，并适于易燃易爆及腔电磁干扰环境，防止事故的发生，具有广阔的应用前景。下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例1的结构示意图。图2为实施例1中曲线形测试通道的结构示意图。图3为实施例1中曲线形支架的结构示意图。图4为实施例2中曲线形测试通道的结构示意图。图5为实施例3中曲线形测试通道的结构示意图。图6为图5中A处的局部放大结构示意图。图7为实施例4中曲线形测试通道的结构示意图。图8为图7沿A-A’剖面结构示意图。
图9本发明实施例5的结构示意图。图10本发明实施例6的结构示意图。图11本发明实施例7的结构示意图。附图标记说明:1-光缆；2_壳体；3_顶盖；4-1-变形齿一 ；4-2_变形齿二 ；5-测试单元；6-曲线型测试通道；7-拉眼；8-拉环；9-辅助弹簧；10-移动杆；11-补偿弹簧；12_滑板；13_凸棱；14-防扭器；15-蝶形弹簧；16_凹槽；19_曲线型壳体；33-信号光纤；38_弹簧；40_波纹管；42-管壁；36_柱体；37_缝隙。
具体实施例方式实施例1如图1、2和3所示的一种光纤型力值监测装置，包括一壳体2，壳体2上有顶盖3，还包括一光纤弯曲传感单元；在所述的壳体2上有一开口，一个移动杆10与开口滑动配合，所述的移动杆10的一端与位于所述的壳体2内的滑板12连接，所述的移动杆10的另一端位于壳体2外,在所述的壳体2上和位于壳体2外的移动杆10上安装拉眼7 ;所述光纤弯曲传感单元包括供信号光纤33穿过的曲线形测试通道6和与信号光纤33相接且对信号光纤33中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元5，优选的，测试单元5位于壳体2以外；所述曲线形测试通道6包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一 4-1和多个变形齿二 4-2，所述多个变形齿一 4-1和多个变形齿二4-2呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，所述变形齿一 4-1和变形齿二 4-2对应布设在信号光纤33的两侧；在所述的壳体2内壁与滑板12间安置有曲线形测试通道6。本实施例中，曲线形支架为曲线型壳体19，多个变形齿一 4-1和多个变形齿二 4-2对应布设在曲线形壳体19的内壁上，信号光纤33的一部分穿过壳体2并通过光缆I与测试单元5连接。优选的，在壳体2内部还安置有与曲线形测试通道6串联相接的补偿弹簧11，补偿弹簧11的另一端与壳体2内壁相接。由于补偿弹簧11的存在可以进一步增加移动杆10可被检测的范围，也就是能够检测驱动杆10更大的移动距离。壳体2通过拉环8固定，然后通过拉眼7与待测物连接，当力值F作用使移动杆10移动时，固定于移动杆10上的滑板12也移动,从而使布设于曲线形壳体19内的变形齿一4-1与变形齿二 4-2齿间的距离改变，变形齿一 4-1与变形齿二 4-2齿间的距离改变导致夹持于两者之间的信号光纤33的弯曲曲率变化，信号光纤33的弯曲曲率变化使传输于信号光纤33内的光信号功率变化，通过光缆I后测试单元5测得该变化信号并经计算得到曲线形壳体19的弯曲状态，从而得到移动杆10移动的距离，并进一步可计算出作用于移动杆10上的F力值的大小。优选的，在所述的移动杆10上安置有防扭器14，当有旋转力值时通过防扭器14来消除旋转的力值。
优选的，在所述的壳体2内壁有凹槽16，滑板12上有凸棱13，所述的凹槽16和凸棱13是滑动配合。优选的，所述的信号光纤33周围填充有阻水材料。如阻水油膏或阻水胶黏剂，防止水分子或其他杂质对信号光纤33的侵蚀，延长信号光纤33的使用寿命。优选的，所述的信号光纤33可采用碳涂覆光纤、聚亚酰胺涂覆光纤、金属涂层信号光纤、细径光纤等特种光纤。实施例2如图4所示，本实施例与实施例1不同的是:所述曲线形测试通道6中包含的曲线形支架为弹簧38，多个变形齿一 4-1和多个变形齿二 4-2对应布设在弹簧38中相邻两圈弹簧丝之间，且变形齿一 4-1和变形齿二 4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例3如图5和6所示，本实施例与实施例1不同的是:所述曲线形测试通道6中包含的曲线形支架为波纹管40，变形齿一 4-1和变形齿二 4-2对应布设在波纹管40的管壁42上内凹处的相对两个侧面上，且变形齿一 4-1和变形齿二 4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例4如图7和8所示，本实施例与实施例1不同的是:所述曲线形支架10为柱体36，在柱体36的侧壁上分布有缝隙37，在缝隙37的上下两侧布设有相互交错对应的变形齿一4-1和变形齿二 4-2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例5如图9所示，本实施例与实施例1不同的是:在所述的滑板12与壳体2内壁间还安置有与曲线形测试通道6并联的辅助弹簧9。由于力值F范围的不同，可以选择适当的辅助弹簧9使曲线形测试通道6的变形能够适应力值F的范围，从而使测试结果更准确。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例6如图10所示，本实施例与实施例1不同的是:在所述的滑板12与壳体2内壁间还安置有与曲线形测试通道6并联的蝶形弹簧15构成的组合。蝶形弹簧15具有承受力值大、变形小的特点，通过使用蝶形弹簧15构成的组合可以监测较大的力值F。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。实施例7如图11所示，本实施例与实施例1不同的是:所述的滑板12与壳体2内部相对的两个面之间分别安置是辅助弹簧9和曲线形测试通道6。从而可以对力值F是压力作用时监测。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种光纤型力值监测装置，其特征在于:包括一壳体和一光纤弯曲传感单元，在所述的壳体上有一开口，一个移动杆与开口滑动配合，所述的移动杆的一端与位于所述的壳体内的滑板连接，所述的移动杆的另一端位于壳体外，在所述的壳体上和位于壳体外的移动杆上安装有固定或连接装置；所述光纤弯曲传感单元包括供信号光纤穿过的曲线形测试通道和与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元；所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，所述多个变形齿一和多个变形齿二呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，所述变形齿一和变形齿二对应布设在信号光纤的两侧；在所述的壳体内壁与滑板间安置有曲线形测试通道。
2.根据权利要求1所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:在所述的滑板与壳体内壁间还安置有与曲线形测试通道并联的辅助弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:在所述的滑板与壳体内部相对的两个面之间分别安置是辅助弹簧和曲线形测试通道。
4.根据权利要求2或3所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:所述的辅助弹簧是蝶形弹簧或蝶形弹簧的组合。
5.根据权利要求的4所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、波纹管或柱体。
6.根据权利要求1所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:所述的测试单元壳体外，所述的信号光纤的一部分穿过壳体壁上的开口并与测试单元连接。
7.根据权利要求1所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:在所述的壳体内壁与滑板间安置有与曲线形测试通道串联连接的补偿弹簧。
8.根据权利要求1所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:在所述的移动杆上安置有防扭器。
9.根据权利要求1所述的一种光纤型力值监测装置，其特征在于:在所述的壳体内壁有凹槽，滑板上有凸棱，所述的凹槽和凸棱是滑动配合。
全文摘要
一种光纤型力值监测装置，包括一壳体和一光纤弯曲传感单元，在壳体上有一开口，一个移动杆与开口滑动配合，移动杆的一端与位于壳体内的滑板连接，移动杆的另一端位于壳体外；所述光纤弯曲传感单元包括供信号光纤穿过的曲线形测试通道和与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元；所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，变形齿一和变形齿二对应布设在信号光纤的两侧；在壳体内壁与滑板间安置有曲线形测试通道；具有微弯光纤传感技术的精度高、抗电磁干扰、成本低的优点。
文档编号G01L1/24GK103091011SQ20111034775
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者杜兵 申请人:西安金和光学科技有限公司