一種力值監測裝置的製作方法

2023-05-08 17:41:11 1

專利名稱：一種力值監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感裝置，具體涉及一種力值監測裝置。
背景技術：
力值的測量是最普遍的需求之一，其應用面非常廣闊，從日常生活到工農業的生產均是需要的，其中應用最多的是電阻應變片，其體積小、成本低、應用廣，但其缺點也是突 出。電阻應變片依靠微弱的電阻變化來反映力值的變化，存在著非線性問題、溫度漂移和零點偏移等問題，這些需要精密的電橋電路來保證測量的準確性，當處於強電磁幹擾環境時，會對整個測試電路造成影響，這不僅影響電阻應變片測試系統的穩定性，同時對其使用壽命也有較大不利影響。另外，在易燃易爆的場所使用也需採取特殊的結構，從而增加了成本。光纖光柵是近年來發展較快的一種光纖傳感技術，相對於傳統的如電阻應變片類型的傳感裝置，具有精度高、壽命長、抗電磁幹擾，易於與微機連接等優點，但基於光纖光柵(這裡簡稱FBG)的力值傳感器也有一些缺點，如動態範圍小、監測設備昂貴等問題。在《光電子 雷射》2005年第16卷第10期刊登的《光纖光柵在預應力鋼絞線應力測量中的應用》文章中結論部分就提到，「……，對應預應力鋼絞線應變為5457 μ ε時，FBG出現斷裂。由於預應力鋼絞線的應變通常可達到10000 μ ε以上，因此FBG的貼裝工藝需改進，……」。上述文章中提到的對應FBG斷裂的應變值是實驗中的數據，實際工程的長期使用環境下，對應FBG斷裂的應變值由於應力腐蝕等問題會小很多。另一方面，鋼材料的線熱膨脹係數大約高於基於石英材料的FBG的線熱膨脹係數兩個數量級，這也是需要考慮的因素之一。所以，FBG應變監測工程中的貼裝工藝的改進需要滿足諸多苛刻條件的要求，如測試結果的準確性和線性問題，長期使用的穩定性和壽命問題，以及線熱膨脹係數差異所引入的問題，這些都限制了其在實際工程中的推廣使用。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種力值監測裝置，具有微彎光纖傳感技術的精度高、抗電磁幹擾、成本低的優點，且其光路是全封閉的具有良好的穩定性、大的動態範圍、長壽命及抗振動特性，其檢測設備可使用光纖通信領域最常見的光源-光功率計就可以，使該力值監測裝置的結構簡單、加工製作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，並可應用於易燃易爆場所，減少安全事故的發生可能性，使用價值高，適應性強。為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種力值監測裝置，包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在所述的殼體上有一開口，一個移動杆與開口滑動配合，所述的移動杆的一端與位於所述的殼體內的滑板連接，所述的移動杆的另一端位於殼體外，在所述的殼體上和位於殼體外的移動杆上安裝有固定或連接裝置；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號光纖穿過的曲線形測試通道和與信號光纖相接且對信號光纖中的光信號功率變化量進行同步測試與分析處理的測試單元；所述曲線形測試通道包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一和多個變形齒二，所述多個變形齒一和多個變形齒二呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖穿過的曲線形通道，所述變形齒一和變形齒二對應布設在信號光纖的兩側；在所述的殼體內壁與滑板間安置有曲線形測試通道。在所述的滑板與殼體內壁間還安置有與曲線形測試通道並聯的輔助彈簧。在所述的滑板與殼體內部相對的兩個面之間分別安置是輔助彈簧和曲線形測試通道。所述的輔助彈簧是蝶形彈簧或蝶形彈簧的組合。所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。所述的測試單元殼體外，所述的信號光纖的一部分穿過殼體壁上的開口並與測試單元連接。在所述的殼體內壁與滑板間安置有與曲線形測試通道串聯連接的補償彈簧。在所述的移動杆上安置有防扭器。在所述的殼體內壁有凹槽，滑板上有凸稜，所述的凹槽和凸稜是滑動配合。本實用新型與現有技術相比具有以下優點I、結構簡單、加工製作簡便、投入成本低且使用方式靈活、靈敏度高。2、通過採用基於光纖微彎傳感技術的監測裝置可以提高測試精度，並具有良好的抗電磁幹擾能力、耐腐蝕性，同時具有良好的抗震能力，適於實際工程環境條件。3、其全封閉的光路檢測系統，提高了光纖傳感單元的穩定性、可靠性，增加了力值傳感裝置的安全性，並適於應用在易燃易爆的場所。4、採用特種光纖可以大幅度的延長光纖傳感單元的使用壽命，如採用理論設計壽命200年的碳塗覆光纖，可以大大降低維護成本。5、本發明的力值傳感裝置具有較大的動態範圍，並且更換不同的輔助彈簧可以檢測不同的力值範圍，具有更廣闊的應用前景。綜上所述，本實用新型結構簡單、設計合理、加工製作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、監測動態範圍大，實用價值高，並適於易燃易爆及腔電磁幹擾環境，防止事故的發生，具有廣闊的應用前景。下面通過附圖和實施例，對本實用新型做進一步的詳細描述。

圖I為本實用新型實施例I的結構示意圖。圖2為實施例I中曲線形測試通道的結構示意圖。圖3為實施例I中曲線形支架的結構示意圖。圖4為實施例2中曲線形測試通道的結構示意圖。圖5為實施例3中曲線形測試通道的結構示意圖。圖6為圖5中A處的局部放大結構示意圖。圖7為實施例4中曲線形測試通道的結構示意圖。圖8為圖7沿A-A』剖面結構示意圖。[0031]圖9本實用新型實施例5的結構示意圖。圖10本實用新型實施例6的結構示意圖。圖11本實用新型實施例7的結構示意圖。附圖標記說明I-光纜；2_殼體；3_頂蓋；4-1-變形齒一 ；4-2_變形齒二 ；5-測試單元；6-曲線型測試通道；7-拉眼；8-拉環；9-輔助彈簧；10-移動杆；11-補償彈簧；12_滑板；13_凸稜；14-防扭器；15-蝶形彈簧；16_凹槽；19_曲線型殼體；33-信號光纖；38_彈簧；40_波紋管；42-管壁；36_柱體；37_縫隙。
具體實施方式
實施例I如圖1、2和3所示的一種力值監測裝置，包括一殼體2，殼體2上有頂蓋3，還包括一光纖彎曲傳感單元；在所述的殼體2上有一開口，一個移動杆10與開口滑動配合，所述的移動杆10的一端與位於所述的殼體2內的滑板12連接,所述的移動杆10的另一端位於殼體2外,在所述的殼體2上和位於殼體2外的移動杆10上安裝拉眼7 ;所述光纖彎曲傳感單元包括供信號光纖33穿過的曲線形測試通道6和與信號光纖33相接且對信號光纖33中的光信號功率變化量進行同步測試與分析處理的測試單元5，優選的，測試單元5位於殼體2以外；所述曲線形測試通道6包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2，所述多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖33穿過的曲線形通道，所述變形齒一 4-1和變形齒二 4-2對應布設在信號光纖33的兩側；在所述的殼體2內壁與滑板12間安置有曲線形測試通道6。本實施例中，曲線形支架為曲線型殼體19，多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2對應布設在曲線形殼體19的內壁上，信號光纖33的一部分穿過殼體2並通過光纜I與測試單元5連接。優選的，在殼體2內部還安置有與曲線形測試通道6串聯相接的補償彈簧11，補償彈簧11的另一端與殼體2內壁相接。由於補償彈簧11的存在可以進一步增加移動杆10可被檢測的範圍，也就是能夠檢測驅動杆10更大的移動距離。殼體2通過拉環8固定，然後通過拉眼7與待測物連接，當力值F作用使移動杆10移動時，固定於移動杆10上的滑板12也移動,從而使布設於曲線形殼體19內的變形齒一4-1與變形齒二 4-2齒間的距離改變，變形齒一 4-1與變形齒二 4-2齒間的距離改變導致夾持於兩者之間的信號光纖33的彎曲曲率變化，信號光纖33的彎曲曲率變化使傳輸於信號光纖33內的光信號功率變化，通過光纜I後測試單元5測得該變化信號並經計算得到曲線形殼體19的彎曲狀態，從而得到移動杆10移動的距離，並進一步可計算出作用於移動杆10上的F力值的大小。優選的，在所述的移動杆10上安置有防扭器14，當有旋轉力值時通過防扭器14來消除旋轉的力值。[0047]優選的，在所述的殼體2內壁有凹槽16，滑板12上有凸稜13，所述的凹槽16和凸稜13是滑動配合。優選的，所述的信號光纖33周圍填充有阻水材料。如阻水油膏或阻水膠黏劑，防止水分子或其他雜質對信號光纖33的侵蝕，延長信號光纖33的使用壽命。優選的，所述的信號光纖33可採用碳塗覆光纖、聚亞醯胺塗覆光纖、金屬塗層信號光纖、細徑光纖等特種光纖。實施例2如圖4所示，本實施例與實施例I不同的是所述曲線形測試通道6中包含的曲線形支架為彈簧38，多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2對應布設在彈簧38中相鄰兩圈彈 簧絲之間，且變形齒一 4-1和變形齒二 4-2相互交錯布設。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例I相同。實施例3如圖5和6所示，本實施例與實施例I不同的是所述曲線形測試通道6中包含的曲線形支架為波紋管40，變形齒一 4-1和變形齒二 4-2對應布設在波紋管40的管壁42上內凹處的相對兩個側面上，且變形齒一 4-1和變形齒二 4-2相互交錯布設。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例I相同。實施例4如圖7和8所示，本實施例與實施例I不同的是所述曲線形支架10為柱體36，在柱體36的側壁上分布有縫隙37，在縫隙37的上下兩側布設有相互交錯對應的變形齒一4-1和變形齒二 4-2。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例I相同。實施例5如圖9所示，本實施例與實施例I不同的是在所述的滑板12與殼體2內壁間還安置有與曲線形測試通道6並聯的輔助彈簧9。由於力值F範圍的不同，可以選擇適當的輔助彈簧9使曲線形測試通道6的變形能夠適應力值F的範圍，從而使測試結果更準確。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例I相同。實施例6如圖10所示，本實施例與實施例I不同的是在所述的滑板12與殼體2內壁間還安置有與曲線形測試通道6並聯的蝶形彈簧15構成的組合。蝶形彈簧15具有承受力值大、變形小的特點，通過使用蝶形彈簧15構成的組合可以監測較大的力值F。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例I相同。實施例7如圖11所示，本實施例與實施例I不同的是所述的滑板12與殼體2內部相對的兩個面之間分別安置是輔助彈簧9和曲線形測試通道6。從而可以對力值F是壓力作用時監測。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例I相同。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求1.一種力值監測裝置，其特徵在於包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在所述的殼體上有一開口，一個移動杆與開口滑動配合，所述的移動杆的一端與位於所述的殼體內的滑板連接，所述的移動杆的另一端位於殼體外，在所述的殼體上和位於殼體外的移動杆上安裝有固定或連接裝置；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號光纖穿過的曲線形測試通道和與信號光纖相接且對信號光纖中的光信號功率變化量進行同步測試與分析處理的測試單元；所述曲線形測試通道包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一和多個變形齒二，所述多個變形齒一和多個變形齒二呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖穿過的曲線形通道，所述變形齒一和變形齒二對應布設在信號光纖的兩側；在所述的殼體內壁與滑板間安置有曲線形測試通道。
2.根據權利要求I所述的一種力值監測裝置，其特徵在於在所述的滑板與殼體內壁間還安置有與曲線形測試通道並聯的輔助彈簧。
3.根據權利要求I所述的一種力值監測裝置，其特徵在於在所述的滑板與殼體內部相對的兩個面之間分別安置是輔助彈簧和曲線形測試通道。
4.根據權利要求2或3所述的一種力值監測裝置，其特徵在於所述的輔助彈簧是蝶形彈簧或蝶形彈簧的組合。
5.根據權利要求的4所述的一種力值監測裝置，其特徵在於所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。
6.根據權利要求I所述的一種力值監測裝置，其特徵在於所述的測試單元殼體外，所述的信號光纖的一部分穿過殼體壁上的開口並與測試單元連接。
7.根據權利要求I所述的一種力值監測裝置，其特徵在於在所述的殼體內壁與滑板間安置有與曲線形測試通道串聯連接的補償彈簧。
8.根據權利要求I所述的一種力值監測裝置，其特徵在於在所述的移動杆上安置有防扭器。
9.根據權利要求I所述的一種力值監測裝置，其特徵在於在所述的殼體內壁有凹槽，滑板上有凸稜，所述的凹槽和凸稜是滑動配合。
專利摘要一種力值監測裝置，包括一殼體和一光纖彎曲傳感單元，在殼體上有一開口，一個移動杆與開口滑動配合，移動杆的一端與位於殼體內的滑板連接，移動杆的另一端位於殼體外；所述光纖彎曲傳感單元包括供信號光纖穿過的曲線形測試通道和與信號光纖相接且對信號光纖中的光信號功率變化量進行同步測試與分析處理的測試單元；所述曲線形測試通道包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一和多個變形齒二，二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖穿過的曲線形通道，變形齒一和變形齒二對應布設在信號光纖的兩側；在殼體內壁與滑板間安置有曲線形測試通道；具有微彎光纖傳感技術的精度高、抗電磁幹擾、成本低的優點。
文檔編號G01L1/24GK202372282SQ20112043583
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年11月7日
發明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司