基于光纤光栅传感原理的应变式张力围栏传感器的制作方法

本发明属于光纤光栅传感领域，尤其涉及一种新的基于光栅波长解调原理的应变式张力围栏传感器。

背景技术：

传统的张力围栏传感器，都是基于电学传感器，抗干扰能力不强、寿命短、组网能力差，近年来，光纤光栅传感技术飞跃发展，越来越受到各界人士的重视，其无源防爆性、抗电磁干扰性、抗污性、耐腐蚀性、易于分布式组网以及优越的温度适应性和稳定性等本证特性，加速了光纤光栅传感技术在各领域的应用，尤其是基于光栅波长解调原理的报警技术，在石油化工、电力、矿藏开发、通讯、大型仓储、楼宇安防等领域的应用。但现有的光纤光栅报警传感器普遍都是基于振动原理的，整体安防系统搭建起来较复杂，且误报漏报率偏高，导致应用范围受限。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术所存在的缺陷，丰富光纤光栅在安防报警领域的应用，提供一种光纤光栅应变式张力围栏传感器，实现张力围栏的入侵、拉绳松弛、拉绳失效等多种状态的监测。

本发明为达上述目的所采用的技术方案是：

提供一种基于光纤光栅传感原理的应变式张力围栏传感器，其特征在于，包括滑杆、往复平面凸轮、刚性弹簧机构和等强度应变片，该等强度应变片上固定有光纤光栅；其中：

围栏钢丝绳与往复平面凸轮固定连接；

滑杆固定在一固定座上，往复平面凸轮套设在滑杆上，往复平面凸轮还连接一回复机构；该往复平面凸轮的上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳的状态变化时，带动往复平面凸轮在滑杆上平移；

该刚性弹簧机构包括滚轮和顶杆，刚性弹簧机构的底部通过滚轮与该往复平面凸轮的上表面接触，刚性弹簧机构的顶部通过顶杆与等强度应变片接触。

本发明所述的传感器中，刚性弹簧机构通过一安装支架设置在该往复平面凸轮的上方，等强度应变片固定在该安装支架顶部；该刚性弹簧机构还包括壳体和弹簧，壳体与安装支架固定连接，顶杆置于该壳体内，可上下自由移动；弹簧套设在顶杆上，且弹簧的一端与安装支架固定连接，另一端与顶杆连接；滚轮通过轮轴设置在顶杆的底部。

本发明所述的传感器中，该多个凹凸区间具体包括预张初始区域，该预张初始区域的一侧设有张紧上限区域和入侵报警区域，该预张初始区域的另一侧设有张紧下限区域、松弛报警区域和张拉失效区域。

本发明所述的传感器中，所述回复机构为压簧，围栏钢丝绳起初处于预张紧状态时，压簧也处于预紧状态。

本发明所述的传感器中，该往复平面凸轮上设有吊环，围栏钢丝绳固定连接在该吊环上。

本发明所述的传感器中，该传感器外部设有盒体，所述底座为盒体的一部分，所述安装支架固定在盒体上；所述盒体上设有两个通孔，光纤光栅和围栏钢丝绳均分别通过通孔穿设到盒体内部。

本发明产生的有益效果是：本发明基于光栅波长解调原理的应变式张力围栏传感器设置往复平面凸轮，并在其上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳的状态变化时，往复平面凸轮沿滑杆平移，通过刚性弹簧机构顶端传递给等强度应变片的作用力随之改变，等强度应变片上产生的应变也随之变化，最终光纤光栅因应变片表面应变的变化而产生波长的漂移，光纤光栅波长解调仪就可以通过波长的变化而监测张力围栏钢丝绳的状态变化，从而判定张力围栏所处状态，可实现张力围栏的入侵、拉绳松弛、拉绳失效等多种状态的监测。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例基于光栅波长解调原理的应变式张力围栏传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例往复平面凸轮的示意图；

图3是本发明实施例往复平面凸轮轮廓轨迹曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例基于光纤光栅传感原理的应变式张力围栏传感器，包括滑杆3、往复平面凸轮5、刚性弹簧机构8和等强度应变片10，该等强度应变片10上固定有光纤光栅11；其中：

围栏钢丝绳6与往复平面凸轮5固定连接；

滑杆3固定在一固定座上，往复平面凸轮5套设在滑杆3上，往复平面凸轮5还连接一回复机构4；该往复平面凸轮5的上表面设有多个凹凸区间；当围栏钢丝绳6的状态变化时，带动往复平面凸轮5在滑杆3上平移。

该刚性弹簧机构8包括滚轮和顶杆，刚性弹簧机构8的底部通过滚轮与该往复平面凸轮5的上表面接触，刚性弹簧机构8的顶部通过顶杆与等强度应变片10接触。

本发明的一个实施例中，如图1所示，刚性弹簧机构8通过一安装支架9设置在该往复平面凸轮5的上方，等强度应变片10固定在该安装支架9顶部；该刚性弹簧机构8还包括壳体和弹簧，壳体与安装支架9固定连接，顶杆置于该壳体内，可上下自由移动；弹簧套设在顶杆上，且弹簧的一端与安装支架9固定连接，另一端与顶杆连接；滚轮通过轮轴设置在顶杆的底部。

该多个凹凸区间具体包括预张初始区域，该预张初始区域的一侧设有张紧上限区域和入侵报警区域，该预张初始区域的另一侧设有张紧下限区域、松弛报警区域和张拉失效区域。

如图1、2所示，平面凸轮轮廓线上设有不同位置节点，其空间位置、相对高度、空间坡度均不一样，用来区分围栏钢丝不同的状态变化(如受拉、松弛、断裂)。其原理是：当钢丝绳处于初始预警状态时，温度及正常外力等因素会导致钢丝绳产生正常范围的张拉跳动，凸轮轮廓设计时，需屏蔽张拉跳动的影响；当钢丝绳受到入侵外力作用时，产生大的张拉位移，凸轮轮廓上在张拉方向须设有报警凸台节点；当钢丝绳因固件松弛到一定程度，影响预报警功能时，凸轮轮廓上在松弛方向须设有张拉松弛报警凸台节点；当钢丝绳受外力瞬间切断时，钢丝绳张拉失效，凸轮轮廓上在无张拉方向须设有张拉失效报警凸台节点，且凸轮需迅速到达此节点；为了有效区分以上不同状态，凸轮轮廓上的节点位置须有不同的节点高度、坡度。

凸轮轮廓曲线如图3所示，其中O为围栏安装时的预张初始点，A为正常张紧上限，B为入侵报警截止点，A′为正常张紧下限，B′为松弛报警零界点，C′为张拉失效截止点，刚性弹簧机构8底部的接触轮轴经过上述不同节点位置时，都会产生不同的差动感应，光纤光栅11产生不同的变化，使监测系统的仪表能准确无误的监测到围栏钢丝绳的状态变化，从而作出正确的报警状态输出。凸轮轮廓曲线上的各个节点的区域范围，矢量关系，须根据不同的应用场合，灵活设计。

如图1所示，该往复平面凸轮5上设有吊环7，围栏钢丝绳6固定连接在该吊环7上。

进一步地，该传感器外部设有盒体1，所述底座为盒体的一部分，所述安装支架9固定在盒体1上；所述盒体1上设有两个通孔，光纤光栅11和围栏钢丝绳6均分别通过通孔穿设到盒体1内部。

围栏钢丝绳6起初处于预张紧状态，即压簧4也处于预紧状态，当围栏钢丝绳6状态变化时(受拉、松弛、断裂)，往复平面凸轮5也随之左右往复运动，带动刚性弹簧机构8底部的接触轮轴上下运动，使得刚性弹簧机构8顶端传递给等强度应变片10的作用力随之改变，等强度应变片10上产生的应变也随之变化，最终光纤光栅11因应变片表面应变的变化而产生波长的漂移，光纤光栅波长解调仪就可以通过波长的变化而监测张力围栏钢丝绳6的状态变化，从而判定张力围栏所处状态，系统完成安防监测。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。