本实用新型属于结构测量领域，具体涉及一种大型结构物的位移或变形测量的振弦传感器。
背景技术：
在大型结构物的日常养护中，对其关键部件的变形或位移测量十分重要，上述受力构件的受力大小及分布变化最直接地反映结构的健康状况，因此对这些构件的受力状况监测及在此基础上的安全分析评估具有重大意义。
振弦式传感器是目前在测力应用方面最为先进的传感器之一，其敏感元件是一根金属丝弦，它与传感器受力部件连接固定，利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系式测得各种物理量，这种传感器输出的是频率信号，因此其抗干扰能力强，温漂、零漂小，受电参数影响小，性能稳定可靠，能适应恶劣条件下长期观测和远距离测试，所以被广泛地用于水库大坝、港口工程、桥梁、基坑等工程的应力应变、变形、渗流、液位等的监测中。
现有的振弦传感器多采用同一只线圈进行激励和频率检测，因此在应用中容易受到线圈感性负载的影响，使得传感器稳定性差，抗外界电磁场干扰能力弱。
申请号为02160679.X的中国专利“一种光电振弦式测力传感器装置及其测力方法”公开了一种基于光电检测的振弦传感器，将激光和光电位敏探测器分别设置在振弦的两侧，激光照射在振弦上，调节激光器与光电位敏器件与金属振弦的距离，使得光电位敏探测器的光敏面上产生一个明显放大的振弦的振动阴影，将光电位敏探测器的输出电流转换为光电压，测量其频率，即得到振弦频率即反应了张力加载的信息。这种方案在应用中存在着光电位敏探测器成本较高、传感器体积较大、光学器件定位要求较高等缺陷，限制了其推广应用。
技术实现要素：
本实用新型的提出一种结构紧凑的光电式振弦传感器，采用分叉光纤构成的光纤束将光电二极管和LED引入至振弦表面，测量振弦反射后的信号从而计算得到振弦频率值，具有传感器结构紧凑、光学器件布放简单等特点。
本实用新型的具体技术方案是：
一种光电式振弦传感器，包括振弦、线圈、传感器壳体和检测单元，振弦固定在传感器壳体的两端，线圈设置在振弦的中部对振弦产生激励，还包括用于振弦振动频率检测的光电拾振单元，所述的光电拾振单元包括光源、光电探测器和由入射光纤和出射光纤构成的光纤束，所述光纤束的端面正对振弦中部，并与线圈分别处于振弦的两侧；所述的光源、光电探测器和线圈分别与检测单元电联接。
上述光电式振弦传感器中，振弦的表面镀有金属反射膜。
上述光电式振弦传感器中，光源为LED灯。
上述光电式振弦传感器中，光电探测器为SI或InGaAs探测器。
上述光电式振弦传感器中，光纤为大芯径多模光纤。
本实用新型通过光电探测的方法测量得到振弦传感器的振动频率信号，采用分叉光纤构成的光纤束将光电二极管和LED引入至振弦表面，测量振弦反射后的信号从而计算得到振弦频率值，由于光电探测器和光源均可以通过光纤设置在传感器后端处理单元，故大大简化了传感头的体积，使得传感器结构紧凑、且光学器件布放简单适合于特殊场合；同时由于采用了光电探测的方法对频率信号诊断，具有抗电磁干扰的优点。此外，频率激励线圈和频率检测单元属于独立工作结构，因此可以用于频次更高的信号测量，提高传感器的时间分辨率。
附图说明
图1为本实用新型光电式振弦传感器的组成原理示意图。
图中：1—振弦；2—线圈；3—传感器壳体；4—支座；5—光源；6—光电探测器；7—入射光纤；8—出射光纤；9—光纤束端面；10—检测单元。
具体实施方式
如图1所示，振弦式传感器属于频率型传感器，可等效成一个两端频率随钢丝张力变化的振动钢弦，包括振弦1、线圈2和传感器壳体3，振弦1固定在传感器壳体3的两端的定位支座上，线圈2设置在振弦1的中部，电路产生激励信号，驱动线圈2产生磁力驱动振弦产生振动，并检测振弦1的振动。
在电激励下，振弦1按其固有频率振动，改变振弦1的张力F，可以得到不同的振动频率F，即张力与谐振频率成单值函数关系。当振弦1受张力长度变化Δl后，则有其中ρν为弦的体密度，E为振弦的弹性模量，l为弦长。
实际应用时，当振弦式传感器的壳体3受到伸缩变形时，带动两端的定位支座产生移动，从而引起振弦1伸长或收缩，通过检测振弦频率的变化，来实现位移和变形的测量。当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，振弦迅速达到共振状态，振动产生的感应电动势通过检测电路滤波、放大、整形送给频率测量单元。由于其输出的是频率信号，具有测量可靠、抗干扰能力强，对电缆要求低，有利于传输和远程测量的特点。
常规的振弦传感器为了达到高频次测量，采用双线圈结构，一只线圈激励，另一只线圈来拾振，为了使得结构紧凑，本实用新型采用光电检测的方案，拾振单元包括光源5、光电探测器6和由入射光纤7和出射光纤8构成的分叉光纤束，光纤束的端面9正对振弦1中部，并与线圈2分别处于振弦1的两侧；光源5、光电探测器6和线圈2分别与检测单元10电联接。
传感器的工作原理如下：检测单元10发出激励信号，驱动线圈2起振，同时给光源5和光电探测器6供电，线圈2振动时，光源5入射的光经过光纤束端面9照射至振弦1表面上，有一部分光反射光会经过光纤束端面9耦合进入光电探测器6内，而且振弦1距离光纤束端面9越近光电探测器6的信号越强，因此在振弦1的振动下，光电探测器6接收到了由大变小，再由小变大的起伏信号，经过信号处理即得到传感器要测量的振弦振动频率，通过换算，就得到检测结构件的位移或形变等参数。
作为一种优选方式，可在钢弦上镀反射金属膜，可以大大提高反射光的信号幅值，同时光源选用LED灯，光电探测器选用SI或InGaAs探测器，光纤选用为大芯径多模光纤。
本实用新型由于使用了光纤引入光源和光电探测器，在增加抗电磁干扰的情况下，传感头结构紧凑，满足了特殊场合的需求。