[发明专利]基于双曲线型铰链结构光纤光栅位移传感器及传感方法

权利要求书

1.基于双曲线型铰链结构光纤光栅位移传感器，其特征在于，包括包括底座(50)、铅封螺钉(60)、弹簧(70)、拉杆(80)以及双曲线型铰链结构，该双曲线型铰链结构安装于所述底座(50)的容纳腔内，所述第二固定杆(40)的第二螺纹固定孔(41)内安装有所述铅封螺钉(60)，所述拉杆(80)和弹簧(70)均设于所述底座(50)的容纳腔内，所述弹簧(70)的一端与所述铅封螺钉(60)连接，所述弹簧(70)的另一端与所述拉杆(80)连接，其中，所述双曲线型铰链结构包括第一曲面构件(10)、第二曲面构件(20)以及光纤光栅(11)，所述第一曲面构件(10)的凸面和所述第二曲面构件(20)的凸面相向设置，所述第一曲面构件(10)的曲率半径和所述第二曲面构件(20)的曲率半径相同，所述第一曲面构件(10)中间位置设有第一光纤固定孔(12)，所述第二曲面构件(20)中间位置设有第二光纤固定孔(22)，所述第二光纤固定孔(22)和所述第一光纤固定孔(12)在竖直方向对齐，所述第一光纤光栅(11)的一端安装于所述第一光纤固定孔(12)，另一端安装于所述第二光纤固定孔(22)。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述双曲线型铰链结构还包括平行设置的第一固定杆(30)和第二固定杆(40)，所述第一固定杆(30)分别与所述第一曲面构件(10)和第二曲面构件(20)的一端固定连接，所述第二固定杆(40)分别与所述第一曲面构件(10)的和第二曲面构件(20)远离所述第一固定杆(30)的一端固定连接，所述第一固定杆(30)设有第一螺纹固定孔(31)，所述第二固定杆(40)设有第二螺纹固定孔(41)。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一曲面构件(10)为双曲面簧片，所述第二曲面构件(20)为双曲面簧片。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述光纤光栅(11)为光纤布拉格光栅。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述光纤光栅(11)的一端粘接于所述第一光纤固定孔(12)，另一端粘接于所述第二光纤固定孔(22)。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述底座(50)上端面和下端面分别设有第一通孔(51)和第二通孔(52)，所述第一通孔(51)、第一光纤固定孔(12)、第二光纤固定孔(22)以及第二通孔(52)位于同一直线。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一曲面构件(10)包括第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第一光纤固定孔(12)的连线与所述第一端部和第二端部的连线的夹角为α，所述第二曲面构件(20)包括第三端部和第四端部，所述第三端部和所述第二光纤固定孔(22)的连线与所述第三端部和所述第四端部的连线的夹角为α，α的角度为12至15°。

8.根据权利要求1所述的传感器的传感方法，其特征在于，包括：

在水平方向上，使得拉杆(80)与待测物体硬质接触，固定传感器；

标定传感器，得到竖直方向上的位移B；

测量时，待测物体的微位移量按以下公式获得：

其中，A为水平方向上的位移，X为位移放大倍数；

其中，

其中，α为所述第一曲面构件(10)的第一端部和所述第一光纤固定孔(12)的连线与所述第一曲面构件(10)的所述第一端部和第二端部的连线的夹角，Δα为所述拉杆(80)与待测物体硬质接触角度α产生的微小变化。

9.根据权利要求8所述的传感器的传感方法，其特征在于，所述X按以下公式获得：

10.根据权利要求9所述的传感器的传感方法，其特征在于，所述α的角度为12至15°，竖直方向上的位移B为水平方向上的位移A的4倍。