[发明专利]一种光纤型力值监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感装置，具体涉及一种光纤型力值监测装置。

背景技术

力值的测量是最普遍的需求之一，其应用面非常广阔，从日常生活到工农业的生产均是需要的，其中应用最多的是电阻应变片，其体积小、成本低、应用广，但其缺点也是突出。电阻应变片依靠微弱的电阻变化来反映力值的变化，存在着非线性问题、温度漂移和零点偏移等问题，这些需要精密的电桥电路来保证测量的准确性，当处于强电磁干扰环境时，会对整个测试电路造成影响，这不仅影响电阻应变片测试系统的稳定性，同时对其使用寿命也有较大不利影响。另外，在易燃易爆的场所使用也需采取特殊的结构，从而增加了成本。

光纤光栅是近年来发展较快的一种光纤传感技术，相对于传统的如电阻应变片类型的传感装置，具有精度高、寿命长、抗电磁干扰，易于与微机连接等优点，但基于光纤光栅(这里简称FBG)的力值传感器也有一些缺点，如动态范围小、监测设备昂贵等问题。在《光电子·激光》2005年第16卷第10期刊登的《光纤光栅在预应力钢绞线应力测量中的应用》文章中结论部分就提到，“……，对应预应力钢绞线应变为5457με时，FBG出现断裂。由于预应力钢绞线的应变通常可达到10000με以上，因此FBG的贴装工艺需改进，……”。上述文章中提到的对应FBG断裂的应变值是实验中的数据，实际工程的长期使用环境下，对应FBG断裂的应变值由于应力腐蚀等问题会小很多。另一方面，钢材料的线热膨胀系数大约高于基于石英材料的FBG的线热膨胀系数两个数量级，这也是需要考虑的因素之一。所以，FBG应变监测工程中的贴装工艺的改进需要满足诸多苛刻条件的要求，如测试结果的准确性和线性问题，长期使用的稳定性和寿命问题，以及线热膨胀系数差异所引入的问题，这些都限制了其在实际工程中的推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种光纤型力值监测装置，具有微弯光纤传感技术的精度高、抗电磁干扰、成本低的优点，且其光路是全封闭的具有良好的稳定性、大的动态范围、长寿命及抗振动特性，其检测设备可使用光纤通信领域最常见的光源-光功率计就可以，使该力值监测装置的结构简单、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，并可应用于易燃易爆场所，减少安全事故的发生可能性，使用价值高，适应性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种光纤型力值监测装置，包括一壳体和一光纤弯曲传感单元，在所述的壳体上有一开口，一个移动杆与开口滑动配合，所述的移动杆的一端与位于所述的壳体内的滑板连接，所述的移动杆的另一端位于壳体外，在所述的壳体上和位于壳体外的移动杆上安装有固定或连接装置；所述光纤弯曲传感单元包括供信号光纤穿过的曲线形测试通道和与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理的测试单元；所述曲线形测试通道包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，所述多个变形齿一和多个变形齿二呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，所述变形齿一和变形齿二对应布设在信号光纤的两侧；在所述的壳体内壁与滑板间安置有曲线形测试通道。

在所述的滑板与壳体内壁间还安置有与曲线形测试通道并联的辅助弹簧。

在所述的滑板与壳体内部相对的两个面之间分别安置是辅助弹簧和曲线形测试通道。

所述的辅助弹簧是蝶形弹簧或蝶形弹簧的组合。

所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、波纹管或柱体。

所述的测试单元壳体外，所述的信号光纤的一部分穿过壳体壁上的开口并与测试单元连接。

在所述的壳体内壁与滑板间安置有与曲线形测试通道串联连接的补偿弹簧。

在所述的移动杆上安置有防扭器。

在所述的壳体内壁有凹槽，滑板上有凸棱，所述的凹槽和凸棱是滑动配合。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。

2、通过采用基于光纤微弯传感技术的监测装置可以提高测试精度，并具有良好的抗电磁干扰能力、耐腐蚀性，同时具有良好的抗震能力，适于实际工程环境条件。

3、其全封闭的光路检测系统，提高了光纤传感单元的稳定性、可靠性，增加了力值传感装置的安全性，并适于应用在易燃易爆的场所。

4、采用特种光纤可以大幅度的延长光纤传感单元的使用寿命，如采用理论设计寿命200年的碳涂覆光纤，可以大大降低维护成本。