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专利号: 2018103206057
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,包括方盒形外壳(1)、一端均设置在方盒形外壳(1)内侧壁上且平行设置的第一弹性梁(2)和第二弹性梁(3)、设置在方盒形外壳(1)内部能够对外界待测量结构发生的位移进行检测的测量组件(4)、用于使测量组件(4)复位的回复组件(5)、分别设置在第一弹性梁(2)和第二弹性梁(3)上的第一光纤光栅传感器(6)和第二光纤光栅传感器(7)以及用于封闭方盒形外壳(1)的盖板(8);其特征在于:所述的测量组件(4)包括用于对外界待测量结构发生的位移进行测量的测量杆(401)和垂直设置在测量杆(401)中部的隔板(402);

其中,所述的测量杆(401)包括测量杆本体(4013)以及测量杆本体(4013)中部设置的直角三角形的第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012);该第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)分别设置于隔板(402)的两侧且该第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)中的直角边均靠近隔板(402)设置;该第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)的斜坡表面平整光滑;

其中,所述的方盒形外壳(1)的相对侧侧壁上设置有用于配合测量杆本体(4013)自由滑动的通孔;

其中,所述的第一弹性梁(2)的另一端紧靠第一斜坡状凸起(4011)的斜坡状凸起的最低点设置;所述的第二弹性梁(3)的另一端紧靠第二斜坡状凸起(4012)的斜坡状凸起的最低点设置。

2.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的回复组件(5)包括设置在方盒形外壳(1)内部的相同的第一弹簧(501)和第二弹簧(502);其中,所述的第一弹簧(501)的一端连接在方盒形外壳(1)的内侧壁上,该第一弹簧(501)的另一端设置在隔板(402)的一侧;所述的第二弹簧(502)的一端设置在方盒形外壳(1)的内侧壁上,该第二弹簧(502)的另一端设置在隔板(402)的另一侧。

3.根据权利要求2所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的隔板(402)的两侧均设置有用于连接第一弹簧(501)和第二弹簧(502)的凸起(4021);所述的方盒形外壳(1)的内侧壁上设置有用于连接第一弹簧(501)的第一台阶(101)和用于连接第二弹簧(502)的第二台阶(102);其中,所述的第一台阶(101)和第二台阶(102)分别设置于方盒形外壳(1)相对侧的侧壁内部。

4.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)以隔板(402)为准对称设置。

5.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)分别位于测量杆本体(4013)的两侧。

6.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)的斜坡表面与测量杆(401)表面的夹角为α;

该夹角α可设为30°,45°及60°。

7.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的第一弹性梁(2)和第二弹性梁(3)的材质是铝合金。

8.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的测量杆(401)的材质是铝合金。

9.根据权利要求1所述的一种温度自补偿光纤光栅位移传感器,其特征在于:所述的方盒形外壳(1)与盖板(8)可拆卸的连接。

10.一种如权利要求1所述温度自补偿光纤光栅位移传感器的使用方法,其特征在于:

所述的测量杆本体(4013)受到外界待测量结构发生位移时产生的推力,使测量杆本体(4013)产生移动;当测量杆本体(4013)发生移动时,测量杆本体(4013)带动第一斜坡状凸起(4011)和第二斜坡状凸起(4012)同时发生位移,导致第一弹性梁(2)或第二弹性梁(3)发生弯曲,对应的第二弹性梁(3)或第一弹性梁(2)未发生形变;此时,已经发生弯曲的第一弹性梁(2)或第二弹性梁(3)上的第一光纤光栅传感器(6)或第二光纤光栅传感器(7)发生应变;此时,温度的变化将使上述第一光纤光栅传感器(6)或第二光纤光栅传感器(7)发生波长变化,如下式:其中:λB为光纤光栅的中心波长,ΔλB为设置在发生弯曲

的第一弹性梁(2)或第二弹性梁(3)上的第一光纤光栅传感器(6)或第二光纤光栅传感器(7)的波长变化量,ΔT为温度变化量,Δε为发生弯曲的第一弹性梁(2)或第二弹性梁(3)弯曲造成的应变;

而对于未发生形变的第二弹性梁(3)或第一弹性梁(2),第二光纤光栅传感器(7)或第一光纤光栅传感器(6)未发生应变,仅因温度变化造成了第二光纤光栅传感器(7)或第一光纤光栅传感器(6)的发射波长变化,如下式:其中:λB1为光纤光栅的中心波长,ΔλB1为设置在未发生弯曲的第二

弹性梁(3)或第一弹性梁(2)上的第二光纤光栅传感器(7)或第一光纤光栅传感器(6)的波长变化量,ΔT为温度变化量;

因此,L=ΔλB-ΔλB1;其中,L为外界待测量结构发生的位移量;ΔλB1为设置在未发生弯曲的第二弹性梁(3)或第一弹性梁(2)上的第二光纤光栅传感器(7)或第一光纤光栅传感器(6)的波长变化量;ΔλB为设置在发生弯曲的第一弹性梁(2)或第二弹性梁(3)上的第一光纤光栅传感器(6)或第二光纤光栅传感器(7)的波长变化量。