[发明专利]基于光纤光栅的拉线位移传感装置

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于光纤光栅的拉线位移传感装置。

背景技术

拉线式位移传感器在上世纪五十年代面世后，广泛用于机械加工测量及其他生产生活中，其基本结构包括外壳、拉线、卷线轮、蜗簧和电位器，卷线轮与电位器同轴固定连接，外壳上有出线孔，测试待测物体位移时，拉线从拉线孔伸出，其原理是将拉线伸长过程中，带动卷线轮的转动，然后通过电位器将卷线轮的转动转化为可以计量、传送的电信号，在将电信号换算为拉线伸长的距离，达到测试待测物体位移的目的。由于其工作原理简单、成本低、适应环境能力强且精度高，所以应用范围较广。

但由于卷线轮与电位器是同轴的，在电位器旋转圈数较多时，电位器磨损严重，使其精度和使用寿命大打折扣；另外传统的拉线式位移传感器是以电荷为基础传送信号，则在许多有电磁干扰及强电磁场环境下使用中干扰多，并在需要构建传感器阵列及远距离信号传输时问题很多，系统的复杂程度和成本急剧上升，从而限制了其使用。如在对山体滑坡进行预警监测中，需要时刻跟踪山体表面分布多个裂缝的扩展大小及速度，采用拉线式传感器是一种较好的选择，但现有的以电荷为基础的拉线传感器一方面构建分布式或准分布式传感器阵列困难，另一方面对电磁干扰敏感，而现实生活中当出现较大雨量时也正是山体滑坡最危险的关键时刻，而此时一般都会伴随雷暴天气，从而使传统的拉线传感器无法胜任该项工作。

中国专利申请号200810201667.2《一种拉线式光纤光栅位移传感器》的专利中提出了一种方案：是以光纤光栅为传感单元替代了传统拉线传感器的电位器来对拉线的伸长进行计量，并通过光纤将该信号传输，该种光纤光栅拉线式位移传感器具有诸多优点，如抗电磁干扰、体积小、精度高、易于构建准分布式传感器阵列，以及可以将光信号的远距离传输达到远距离监测的目的，使监测人员脱离了诸如山体滑坡这样的危险区域。但该光纤光栅位移传感器是通过与卷线轮同轴的小转轴以及一个拉线和一小转轮来实现对光纤光栅的牵引，众所周知，光纤光栅是一个非常敏感的传感单元，能够响应非常小的应力变化，但其伸长变化量很小，所以该装置中的拉线的微小伸长量以及在温度变化下的微小变化量均会对光纤光栅造成影响，从而导致测试结果的误差偏大，同时与卷线轮同轴的小转轴过小会造成其强度不够，过大了则会限制该装置的位移测试范围或对光纤光栅拉伸应变太大使后者性能劣化，甚至损坏，这些都限制了该类光纤光栅拉线传感器的推广使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤光栅的拉线位移传感装置。本发明能够满足满足大范围、大长度监测的要求，且其结构简单、设计合理、加工制作方便且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好、成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于光纤光栅的拉线位移传感装置，其特征在于：包括壳体、测试单元和处理单元，所述壳体内设置有卷线轮、拉线、蜗簧、滑杆、基板一、基板二、光纤光栅一和传动单元，所述拉线缠绕在卷线轮上且拉线的末尾端固定在卷线轮上，所述拉线的起始端通过拉线口从所述壳体伸出，所述拉线的起始端设置有拉线头，所述传动单元的输入端安装在卷线轮上，所述基板一安装在传动单元的输出端，所述基板一能在传动单元的带动下相对传动单元发生位移，所述蜗簧安装在传动单元上用于对传动单元的复位，所述滑杆的一端活动安装在基板一的上端，所述滑杆的另一端通过基板二固定在壳体上，所述光纤光栅一的一端通过辅助弹簧固定在基板一的下端，所述光纤光栅一的另一端通过立柱固定在基板二上，所述光纤光栅一的两端分别通过延长光纤与测试单元连接，所述测试单元与处理单元连接。

上述的基于光纤光栅的拉线位移传感装置，所述传动单元为转动轴和传动杆，所述转动轴通过轴承一安装在壳体内壁，所述传动杆与转动轴同轴连接，所述基板一安装在传动杆上且所述基板一和传动杆为螺纹配合，所述蜗簧安装在转动轴上。

上述的基于光纤光栅的拉线位移传感装置，所述基板二固定壳体内壁。

上述的基于光纤光栅的拉线位移传感装置，所述基板二上设置有与基板二滑动配合的调整螺杆，所述调整螺杆穿出壳体，且所述调整螺杆与壳体螺纹配合。

上述的基于光纤光栅的拉线位移传感装置，所述光纤光栅一上串联有光纤光栅二。

上述的基于光纤光栅的拉线位移传感装置，所述蜗簧安装在一个蜗簧壳内。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明具有结构简单、设计合理、操作方法方便且使用方式灵活、灵敏度高；

2、本发明中通过调整螺杆，可以方便使用过程的调整，使该装置精度更高、使用寿命更长。