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1、(10)申请公布号 CN 102997860 A (43)申请公布日 2013.03.27 C N 1 0 2 9 9 7 8 6 0 A *CN102997860A* (21)申请号 201210488840.8 (22)申请日 2012.11.26 G01B 11/16(2006.01) (71)申请人山东大学 地址 250061 山东省济南市历城区山大南路 27号 (72)发明人隋青美 蒋善超 王静 王正方 路士增 王宁 杨帅 贾磊 曹玉强 (74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人郑华清 (54) 发明名称 一种表贴式光纤光栅应变计 (57) 摘要 本发明具。
2、体公开了一种表贴式光纤光栅应变 计，包括活动支架、固定支架、外壳、引出孔、拉动 元件、压动元件、传输光纤和传动杆，所述的外壳 同一侧上设有两个引出孔，所述的固定支架与外 壳固定连接，所述的活动支架与外壳活动连接，所 述的传动杆依次穿过外壳的第一侧壁、活动支架、 固定支架和外壳的第二侧壁，传动杆包括内管和 外管，内管末端与压动元件连接，外管末端与拉动 元件连接，所述外管的同一侧设有定向元件、 定向元件和定量程元件，所述内管的同一侧 连接有定向元件、定向元件和定量程元件； 所述的传输光纤从外壳的一个引出孔引入，依次 穿过活动支架、固定支架、固定支架、从另一个引 出孔引出，所述的传输光纤上设有测量光。
3、栅。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：包括活动支架、固定支架、外壳、引出孔、 拉动元件、压动元件、传输光纤和传动杆，所述的外壳同一侧上设有两个引出孔，所述的固 定支架与外壳固定连接，所述的活动支架与外壳活动连接，所述的传动杆依次穿过外壳的 第一侧壁、活动支架、固定支架和外壳的第二侧壁，传动杆包括内管和外管，内管末端与压 动元件连接，外管末端与拉动元件连接，所述外管的同一侧设有定向元件、定向元件和 定量。
4、程元件，所述内管的同一侧连接有定向元件、定向元件和定量程元件；所述 的传输光纤从外壳的一个引出孔引入，依次穿过活动支架的第一个孔和固定支架的第一个 孔，然后绕回穿过固定支架的第二个孔、活动支架的第二个孔，并从外壳的另一个引出孔引 出，所述的传输光纤上设有测量光栅。 2.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的传输光纤上 还设有温补光栅。 3.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的拉动元件和 压动元件为矩形块，且在矩形块上设有螺纹孔和凹槽，所述的凹槽与传动杆配合。 4.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的拉动元件和 压动元件。
5、通过螺钉固定于被测物体上。 5.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的外壳第一侧 壁和外壳第二侧壁是两个对立平行面。 6.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的定向元件 和定向元件紧邻活动支架设置，所述的定向元件和定向元件紧邻固定支架设置。 7.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的定量程元件 设于距外壳的第一侧壁的内侧，且距离为d 2 = 7860*D；其中D为 活动支架与固定支架之 间的距离。 8.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的定量程元件 设于固定支架与外壳第二侧壁之间，且距固定支架的距。
6、离为d 1 = 7860*D；其中D为 活动 支架与固定支架之间的距离。 9.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的内管和外管 插接在一起，且外管壁上开有凹槽。 10.如权利要求1所述的一种表贴式光纤光栅应变计，其特征在于：所述的定向元件 、定向元件、定向元件、定向元件、定量程元件、定量程元件均为矩形块。 权 利 要 求 书CN 102997860 A 1/3页 3 一种表贴式光纤光栅应变计 技术领域 0001 本发明涉及一种工程量具，特别涉及一种测量物体受外界作用表面应变变化的表 贴式光纤光栅应变计。 背景技术 0002 目前，用于测量物体表面应变变化的主要方式为电阻。
7、式，电容式和电感式。最常用 的就是电阻应变片，后两者少用。但是电式传感器，受腐蚀、疲劳、特别是雷电袭击等不利因 素的影响，易于失效。 发明内容 0003 针对电式传感器的不足，本发明提出了一种表贴式光纤光栅应变计，特别是光纤 光栅(FBG)作为敏感元件提出一种表贴式FBG应变计为实现上述目的。 0004 本发明采用的技术方案如下： 0005 一种表贴式光纤光栅应变计，包括活动支架、固定支架、外壳、引出孔、拉动元件、 压动元件、传输光纤和传动杆，所述的外壳同一侧上设有两个引出孔，所述的固定支架与外 壳固定连接，所述的活动支架与外壳活动连接，所述的传动杆依次穿过外壳的第一侧壁、活 动支架、固定支架。
8、和外壳的第二侧壁，传动杆包括内管和外管，内管末端与压动元件连接， 外管末端与拉动元件连接，所述外管的同一侧设有定向元件、定向元件和定量程元件 ，所述内管的同一侧连接有定向元件、定向元件和定量程元件；所述的传输光纤从 外壳的一个引出孔引入，依次穿过活动支架的第一个孔和固定支架的第一个孔，然后绕回 穿过固定支架的第二个孔、活动支架的第二个孔，并从外壳的另一个引出孔引出，所述的传 输光纤上设有测量光栅。 0006 所述的传输光纤上还设有温补光栅。 0007 所述的拉动元件和压动元件为矩形块，且在矩形块上设有螺纹孔和凹槽，所述的 凹槽与传动杆配合。 0008 所述的拉动元件和压动元件通过螺钉固定于被测。
9、物体上。 0009 所述的外壳第一侧壁和外壳第二侧壁是两个对立平行面。 0010 所述的定向元件和定向元件紧邻活动支架设置，所述的定向元件和定向元 件紧邻固定支架设置。 0011 所述的定量程元件设于距外壳的第一侧壁的内侧，且距离为d 2 =7860*D；其中D 为活动支架与固定支架之间的距离。 0012 所述的定量程元件设于固定支架与外壳第二侧壁之间，且距固定支架的距离为 d 1 =7860*D；其中D为活动支架与固定支架之间的距离。 0013 所述的内管和外管插接在一起，且外管壁上开有凹槽，凹槽的作用是为了把内壁 暴漏出来，使得管与定向元件、定向元件和定量程元件相连，内管和外管是独立运动 。
10、的。 说 明 书CN 102997860 A 2/3页 4 0014 所述的定向元件、定向元件、定向元件、定向元件、定量程元件、定量程 元件均为矩形块。 0015 所述的定量程元件确定传感器活动元件的移动范围不超过光栅的应变极限值。当 传感器受到压应变时，压动元件（只在受压时活动的元件）活动而拉动元件（只在受拉时活 动的元件）因定向元件与固定支架的作用并不活动。压动元件通过定向元件使活动支 架活动进而使测量光栅FBG1受拉，此时光栅FBG2不受外界作用力的影响可作为温补光栅 使用。光栅由于受定量元件的影响其应变始终小于光栅理论最大应变时，有效的保护传 感器的敏感元件。当传感器受到拉应变时，拉动。
11、元件活动而压动元件因定向元件与固定 支架的作用并不活动，拉动元件通过定向元件使活动支架活动进而使光栅FBG2受拉，此 时光栅FBG1不受外界作用力的影响可作为温补光栅使用。传感器光栅由于受定量元件 的影响其应变始终小于光栅理论最大应变时，有效的保护传感器的敏感元件。如此，该传感 器实现其定向、定量程的特性。 0016 为减少温度与应变之间的交叉敏感，所述传感器设有温补光栅。当该传感器受到 压力时，温补光栅为FBG2；当该传感器受到拉力时，温补光栅为FBG1。如此的设计，可以很 清晰的显示出被测物体是受压还是受拉。在被测物体受到不同外界作用时，敏感光栅和温 补光栅互换，这样的设计可以明显的增加该。
12、传感器的使用寿命和增大其量程范围。 0017 本发明的有益效果是：该应变计应该具有不受电磁干扰、定向性、互换性、定量程 的特性。 附图说明 0018 图1为该传感器的剖视图； 0019 图2外壳结构俯视图； 0020 图3外壳结构侧视图； 0021 图4活动支架的侧视图； 0022 图5活动元件2的俯视图； 0023 图6传动杆与别的部件连接图； 0024 图中：1活动支架，2固定支架，3外壳，4引出孔，5拉动元件，6压动元件，7螺纹孔， 8传动杆，9定量程元件，10定量程元件，11定向元件，12定向元件,13定向元件 ，14定向元件，15内管，16外管，17传输光纤，FBG1光栅，FBG2光。
13、栅。 具体实施方式 0025 下面结合附图对本发明进行详细说明： 0026 如图1-图6所示，本发明包括外壳3、活动支架1、固定支架2、传输光纤17、光栅 FBG1，光栅FBG2，拉动元件5、压动元件6、定向元件及定量程元件等。拉动元件5和压动元 件6设有凹槽以便于传动杆8插入，且拉动元件5和压动元件6同轴，外壳3同一侧上设有 两个光纤引出孔4，固定支架2与外壳3固定连接，活动支架1设于外壳3上，且是活动连 接，所述的传动杆8依次穿过外壳3的第一侧壁、活动支架1、固定支架2和外壳3的第二侧 壁，传动杆8包括内管15和外管16，内管15末端与压动元件6连接，外管16末端与拉动 元件5连接，所述外。
14、管16的同一侧设有定向元件12、定向元件13和定量程元件9， 说 明 书CN 102997860 A 3/3页 5 所述内管的同一侧连接有定向元件11、定向元件14和定量程元件10；所述的传输光 纤17从外壳的一个引出孔4引入，依次穿过活动支架1的第一个孔和固定支架2的第一个 孔，然后绕回穿过固定支架2的第二个孔、活动支架1的第二个孔，并从外壳3的另一个引 出孔4引出，所述的传输光纤17上设有测量光栅。 0027 其中外壳3的光纤引出孔4的主要用于引出传输光纤17并实现传感器组网。定向 元件11、定向元件12的作用是在被测物体受到压力或拉力时，决定FBG1和FBG2是温 补光栅还是受力光栅；定。
15、向元件13、定向元件14的作用在于被测物体受到压力或拉力 时，决定拉动元件5还是压动元件6运动；定量程元件9、定量程元件10的作用在于保 护敏感元件光栅在被测物体受到外界作用所受到的应变不超过理论最大应变值7860； 拉动元件5及压动元件6的螺纹孔7主要作用为将传感器与被测物体紧密连接，期望达到 外界应变与传感器敏感元件之间的应变传递效率为100%。 0028 为减小应变与温度的交叉敏感，该传感器设置温补光栅。其具体工作原理为：当传 感器受到压应变时，压动元件（只在受压时活动的元件）6活动而拉动元件（只在受拉时活动 的元件）5因定向元件13与固定支架2的作用并不活动。压动元件6通过定向元件11。
16、 使活动支架1活动进而使光栅FBG1受拉，此时光栅FBG2不受外界作用力的影响可作为温 补光栅使用。当传感器受到拉应变时，拉动元件5活动而压动元件6因定向元件14与固 定支架2的作用并不活动。拉动元件5通过定向元件12使活动支架1活动进而使光栅 FBG2受拉，此时光栅FBG1不受外界作用力的影响可作为温补光栅使用。当该传感器受到压 应变时，敏感光栅为FBG1，温补光栅为FBG2；当该传感器受到拉应变时，敏感光栅为FBG2， 温补光栅为FBG1。这样的设计不仅可以有效地补偿温度和应变的交叉敏感，减小最后处理 结果的误差，而且在该传感器受到拉应变或压应变时，敏感光栅的不同，既可以增加传感器 的使用寿命和增大其量程范围又可以明显的显示出被测物体受到的是拉力还是压力。 说 明 书CN 102997860 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102997860 A 2/2页 7 图3 图4 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102997860 A 。