[发明专利]基于光纤弯曲损耗的弹簧应力监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力监测装置，更确切地说，涉及一种基于光纤弯曲损耗变化来检测弹簧应力的装置。

背景技术

弹簧是工业、人们生活中最常用的零件之一，其用途和种类非常多，但在多数情况下，我们只能通过模拟的方式获得弹簧受到的应力大小，虽然有电子式的数字化方式，如依靠应变片来测试，但在易燃易爆强电磁干扰及远距离监测等条件下的使用受到限制。

中国专利申请号为200910032860.2的《分布式光纤大变形测量传感器》的专利，提出了一种在监测大变形的弹簧丝上安置有光纤、并通过布里渊散射光时域反射计(BOTDR)来监测光纤应力变化的方案，其优点是可以进行远距离、分布式、大形变进行监测，并可抗电磁干扰，但缺点也比较突出，布里渊散射光时域反射计(BOTDR)是一种价格较高的精密设备，动辄几十万、上百万元的价格限制了该光纤传感器的使用范围。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于光纤弯曲损耗的弹簧应力监测装置，其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、应用范围广，并且在整个生产、使用、维护过程中成本均较低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于光纤弯曲损耗的弹簧应力监测装置，其特征在于：受监测的弹簧10的两端分别与一多圈微弯元件的两端分别固定在一起，多圈微弯元件内包含有信号光纤6，信号光纤6通过延长光纤1接测试单元5，测试单元5后接处理单元7。

所述的多圈微弯元件的一端与一辅助弹簧15连接，受监测的弹簧10的两端分别与多圈微弯元件和辅助弹簧15的另一端固定在一起。

所述的受监测的弹簧10的两端固定有上基板23和下基板24。

所述的多圈微弯元件的两端分别通过上基板23和下基板24与受监测的弹簧10的两端固定在一起。

所述的与多圈微弯元件有一端固定在一起的辅助弹簧15的另一端和多圈微弯元件的另一端分别通过上基板23和下基板24与受监测的弹簧10的两端固定在一起。

所述的多圈微弯元件是由单层的平板锯齿型微弯元件构成，即两块锯齿板18构成。

所述的多圈微弯元件是由单层的平板锯齿型微弯元件构成，且所述的信号光纤6以螺旋盘绕的方式形成多圈结构并夹持于平板锯齿型微弯元件中。

所述的多圈微弯元件是由两层或两层以上的平板锯齿型微弯元件构成，即由三块或三块以上的锯齿板18构成。

所述的多圈型微弯元件是由一个曲线型壳体4构成，布设在所述的曲线型壳体4内部相对两侧的多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤6的两侧。

所述的多圈型微弯元件是由一个弹簧型的、在相邻两圈弹簧丝8上布设有相互交错对应变形齿的微弯元件构成，两列变形齿间夹有信号光纤6。

所述的多圈型微弯元件是由一个波纹管20构成，在波纹管20的管壁2的内凹处的相对两个侧面上安置有多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，所述的A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2呈交错布设，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤6的两侧。

位于所述的多圈微弯元件中的信号光纤6的一端安置有光反射装置46，如反射镜或光纤光栅。

所述的信号光纤6的另一端与1X2分路器45的1口连接，1X2分路器45的2口与测试单元5的连接。

二个或二个以上的多圈型微弯元件中的信号光纤6串联在一根光纤。在任意两个多圈型微弯元件之间安置有光反射装置46，优选的做法是低反射损耗的反射镜或光纤光栅。

这里选取由曲线型壳体4构成的多圈微弯元件举例说明，当受监测的弹簧10应力变化时，辅助弹簧15和曲线型壳体4的长度也发生了变化，曲线型壳体4的长度变化导致曲线型壳体4内的相对两侧的变形齿之间的距离改变，这样使夹持在相对两侧变形齿间信号光纤6的弯曲曲率变化，测试单元5通过检测信号光纤6内部传输光信号功率的变化获取曲线型壳体4的长度变化，测试单元5将检测到的信号传递给处理单元7，处理单元7计算出受监测的弹簧10应力变化情况。

所述的上基板23和下基板24上分别固定有上护筒28和下护筒29。

所述的下基板上安置有调整螺杆50

所述的多圈型微弯元件内部填充有阻水油膏。