专利名称：一种表贴式光纤光栅应变计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工程量具，特别涉及一种测量物体受外界作用表面应变变化的表贴式光纤光栅应变计。
背景技术：
目前，用于测量物体表面应变变化的主要方式为电阻式，电容式和电感式。最常用的就是电阻应变片，后两者少用。但是电式传感器，受腐蚀、疲劳、特别是雷电袭击等不利因素的影响，易于失效。
实用新型内容针对电式传感器的不足，本实用新型提出了一种表贴式光纤光栅应变计，特别是光纤光栅(FBG)作为敏感元件提出一种表贴式FBG应变计为实现上述目的。本实用新型采用的技术方案如下:一种表贴式光纤光栅应变计，包括活动支架、固定支架、外壳、引出孔、拉动元件、压动元件、传输光纤和传动杆，所述的外壳同一侧上设有两个引出孔，所述的固定支架与外壳固定连接，所述的活动支架与外壳活动连接，所述的传动杆依次穿过外壳的第一侧壁、活动支架、固定支架和外壳的第二侧壁，传动杆包括内管和外管，内管末端与压动元件连接，外管末端与拉动元件连接，所述外管的同一侧设有定向元件1、定向元件II和定量程元件I，所述内管的同一侧连接有定向元件II1、定向元件IV和定量程元件II ;所述的传输光纤从外壳的一个引出孔引入，依次穿过活动支架、固定支架、固定支架、活动支架，从另一个引出孔引出，所述的传输光纤上设有测量光栅。所述的传输光纤上还设有温补光栅。所述的拉动元件和压动元件为矩形块，且在矩形块上设有螺纹孔和凹槽，所述的凹槽与传动杆配合。所述的拉动元件和压动元件通过螺钉固定于被测物体上。所述的外壳第一侧壁和外壳第二侧壁是两个对立平行面。所述的定向元件I和定向元件III紧邻活动支架设置，所述的定向元件II和定向元件IV紧邻固定支架设置。所述的定量程元件I设于距外壳的第一侧壁的内侧，且距离为d2=7860*D ;其中D为活动支架与固定支架之间的距离。所述的定量程元件II设于固定支架与外壳第二侧壁之间，且距固定支架的距离为di=7860*D ;其中D为活动支架与固定支架之间的距离。所述的内管和外管插接在一起，且外管壁上开有凹槽，凹槽的作用是为了把内壁暴漏出来，使得管与定向元件II1、定向元件IV和定量程元件II相连，内管和外管是独立运动的。所述的定向元件1、定向元件I1、定向元件II1、定向元件IV、定量程元件1、定量程元件II均为矩形块。所述的定量程元件确定传感器活动元件的移动范围不超过光栅的应变极限值。当传感器受到压应变时，压动元件(只在受压时活动的元件)活动而拉动元件(只在受拉时活动的元件)因定向元件II与固定支架的作用并不活动。压动元件通过定向元件III使活动支架活动进而使测量光栅FBGl受拉，此时光栅FBG2不受外界作用力的影响可作为温补光栅使用。光栅由于受定量元件II的影响其应变始终小于光栅理论最大应变时，有效的保护传感器的敏感元件。当传感器受到拉应变时，拉动元件活动而压动元件因定向元件IV与固定支架的作用并不活动，拉动元件通过定向元件I使活动支架活动进而使光栅FBG2受拉,此时光栅FBGl不受外界作用力的影响可作为温补光栅使用。传感器光栅由于受定量元件I的影响其应变始终小于光栅理论最大应变时，有效的保护传感器的敏感元件。如此，该传感器实现其定向、定量程的特性。为减少温度与应变之间的交叉敏感，所述传感器设有温补光栅。当该传感器受到压力时，温补光栅为FBG2 ;当该传感器受到拉力时，温补光栅为FBG1。如此的设计，可以很清晰的显示出被测物体是受压还是受拉。在被测物体受到不同外界作用时，敏感光栅和温补光栅互换，这样的设计可以明显的增加该传感器的使用寿命和增大其量程范围。本实用新型的有益效果是:该应变计应该具有不受电磁干扰、定向性、互换性、定量程的特性。
图1为该传感器的剖视图；图2外壳结构俯视图；图3外壳结构侧视图；图4活动支架的侧视图；图5活动元件2的俯视图；图6传动杆与别的部件连接图；图中:1活动支架,2固定支架,3外壳,4引出孔,5拉动元件,6压动元件,7螺纹孔,8传动杆，9定量程元件I，10定量程元件II，11定向元件III，12定向元件I，13定向元件II，14定向兀件IV，15内管，16外管，17传输光纤，FBGl光栅，FBG2光栅。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明:如图1-图6所示，本实用新型包括外壳3、活动支架1、固定支架2、传输光纤17、光栅FBG1,光栅FBG2,拉动元件5、压动元件6、定向元件及定量程元件等。拉动元件5和压动兀件6设有凹槽以便于传动杆8插入,且拉动兀件5和压动兀件6同轴,夕卜壳3同一侧上设有两个光纤引出孔4，固定支架2与外壳3固定连接，活动支架I设于外壳3上，且是活动连接，所述的传动杆8依次穿过外壳3的第一侧壁、活动支架1、固定支架2和外壳3的第二侧壁，传动杆8包括内管15和外管16,内管15末端与压动兀件6连接,夕卜管16末端与拉动元件5连接，所述外管16的同一侧设有定向元件I 12、定向元件II 13和定量程元件I 9，所述内管的同一侧连接有定向元件11111、定向元件IV 14和定量程元件II 10 ;所述的传输光纤17从外壳的一个引出孔4引入，依次穿过活动支架1、固定支架2、固定支架2、活动支架1，从另一个引出孔4引出，所述的传输光纤17上设有测量光栅FBGl或FBG2。其中外壳3的光纤引出孔4的主要用于引出传输光纤17并实现传感器组网。定向元件III 11、定向元件I 12的作用是在被测物体受到压力或拉力时，决定FBGl和FBG2是温补光栅还是受力光栅；定向元件II 13、定向元件IV 14的作用在于被测物体受到压力或拉力时，决定拉动元件5还是压动元件6运动；定量程元件I 9、定量程元件II 10的作用在于保护敏感元件光栅在被测物体受到外界作用所受到的应变不超过理论最大应变值7860 μ ε ；拉动元件5及压动元件6的螺纹孔7主要作用为将传感器与被测物体紧密连接，期望达到外界应变与传感器敏感元件之间的应变传递效率为100%。为减小应变与温度的交叉敏感，该传感器设置温补光栅。其具体工作原理为:当传感器受到压应变时，压动元件(只在受压时活动的元件)6活动而拉动元件(只在受拉时活动的元件)5因定向元件II 13与固定支架2的作用并不活动。压动元件6通过定向元件III 11使活动支架I活动进而使光栅FBGl受拉，此时光栅FBG2不受外界作用力的影响可作为温补光栅使用。当传感器受到拉应变时，拉动元件5活动而压动元件6因定向元件IV 14与固定支架2的作用并不活动。拉动元件5通过定向元件I 12使活动支架I活动进而使光栅FBG2受拉，此时光栅FBGl不受外界作用力的影响可作为温补光栅使用。当该传感器受到压应变时，敏感光栅为FBGl，温补光栅为FBG2 ;当该传感器受到拉应变时，敏感光栅为FBG2，温补光栅为FBG1。这样的设计不仅可以有效地补偿温度和应变的交叉敏感，减小最后处理结果的误差，而且在该传感器受到拉应变或压应变时，敏感光栅的不同，既可以增加传感器的使用寿命和增大其量程范围又可以明显的显示出被测物体受到的是拉力还是压力。
权利要求1.一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:包括活动支架、固定支架、外壳、引出孔、拉动兀件、压动兀件、传输光纤和传动杆，所述的外壳同一侧上设有两个引出孔，所述的固定支架与外壳固定连接，所述的活动支架与外壳活动连接，所述的传动杆依次穿过外壳的第一侧壁、活动支架、固定支架和外壳的第二侧壁，传动杆包括内管和外管，内管末端与压动元件连接，外管末端与拉动元件连接，所述外管的同一侧设有定向元件1、定向元件II和定量程元件I，所述内管的同一侧连接有定向元件II1、定向元件IV和定量程元件II ;所述的传输光纤从外壳的一个引出孔引入，依次穿过活动支架的第一个孔和固定支架的第一个孔，然后绕回穿过固定支架的第二个孔、活动支架的第二个孔，并从外壳的另一个引出孔引出，所述的传输光纤上设有测量光栅。
2.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的传输光纤上还设有温补光栅。
3.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的拉动元件和压动元件为矩形块，且在矩形块上设有螺纹孔和凹槽，所述的凹槽与传动杆配合。
4.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的拉动元件和压动元件通过螺钉固定于被测物体上。
5.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的外壳第一侧壁和外壳第二侧壁是两个对立平行面。
6.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的定向兀件I和定向元件III紧邻活动支架设置，所述的定向元件II和定向元件IV紧邻固定支架设置。
7.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的定量程元件I设于距外壳的第一侧壁的内侧，且距离为d2= 7860*D;其中D为活动支架与固定支架之间的距离。
8.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的定量程元件II设于固定支架与外壳第二侧壁之间，且距固定支架的距离为Cl1= 7860*D;其中D为活动支架与固定支架之间的距离。
9.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的内管和外管插接在一起，且外管壁上开有凹槽。
10.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于:所述的定向元件1、定向元件I1、定向元件II1、定向元件IV、定量程元件1、定量程元件II均为矩形块。
专利摘要本实用新型具体公开了一种表贴式光纤光栅应变计，包括活动支架、固定支架、外壳、引出孔、拉动元件、压动元件、传输光纤和传动杆，所述的外壳同一侧上设有两个引出孔，所述的固定支架与外壳固定连接，所述的活动支架与外壳活动连接，所述的传动杆依次穿过外壳的第一侧壁、活动支架、固定支架和外壳的第二侧壁，传动杆包括内管和外管，内管末端与压动元件连接，外管末端与拉动元件连接，所述外管的同一侧设有定向元件Ⅰ、定向元件Ⅱ和定量程元件Ⅰ，所述内管的同一侧连接有定向元件Ⅲ、定向元件Ⅳ和定量程元件Ⅱ；所述的传输光纤从外壳的一个引出孔引入，依次穿过活动支架、固定支架、固定支架、从另一个引出孔引出，所述的传输光纤上设有测量光栅。
文档编号G01B11/16GK202974201SQ201220633730
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者隋青美, 蒋善超, 王静, 王正方, 路士增, 王宁, 杨帅, 贾磊, 曹玉强 申请人:山东大学