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一种拱式光纤光栅压力 传感器

阅读：828发布：2023-02-23

专利汇可以提供一种拱式光纤光栅压力传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型为一种拱式光纤光栅压力传感器，属于光纤传感技术领域。该传感器主要通过合理拱轴结构，基于拱梁组合结构的自平衡体系原理，将作用在传感器的竖向压力转化为弹性元件的水平推力，采用铰接形式使得结构在力的传递过程中只受轴力作用，避免受到弯矩和剪力的影响。本实用新型的拱式光纤光栅压力传感器采用辊轴向外微小滚动来实现压力增敏和精确测量，同时采用温度补偿光纤光栅，对拱式光纤光栅压力传感器进行温度实时补偿。本实用新型给出拱式光纤光栅压力传感器所受压力和用于测量压力的光纤光栅波长变化的关系式，实现拱式光纤光栅压力传感器对压力的实时监测。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种拱式光纤光栅压力传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种拱式光纤光栅压力传感器，其特征在于：包括：金属刚性盖板(1)、传力杆(2)、铰链(3)、插销(4)、传力板(5)、金属弹性元件(6)、辊轴(7)、用于测量压力的光纤光栅(8)、用于温度补偿的光纤光栅(9)、金属板(10)、金属外保护壳(11)、预留孔洞(12)；
金属外保护壳(11)为U形槽，U形槽开口处设有金属刚性盖板(1)，U形槽内底部设有金属板(10)，在U形槽的侧壁上开设有预留孔洞(12)；金属刚性盖板(1)底部的传力杆(2)通过铰链(3)和插销(4)与刚性传力板(5)连接；两个刚性传力板(5)呈桥形设置，在两个刚性传力板(5)末端与辊轴(7)轴接，金属弹性元件(6)两端与辊轴(7)轴接，承受水平方向拉力；金属弹性元件(6)底面设有用于测量压力的光纤光栅(8)，在金属板(10)上粘贴有用于温度补偿的光纤光栅(9)，用于温度补偿的光纤光栅(9)对测量压力的光纤光栅(8)进行温度实时补偿，从而实现压力的精确测量。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于：铰链(3)的水平顶部留有圆形凹槽，使得传力杆(2)紧扣在内，实现压力的传递。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于：铰链(3)与传力板(5)通过插销(4)连接，传力板(5)与金属弹性元件(6)通过插销(4)连接成铰接形式，形成拱梁组合结构。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于：测量压力的光纤光栅(8)沿纵向粘贴于弹性元件(6)下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅(9)以同样方式粘贴于金属板(10)上端，对测量压力的光纤光栅进行温度实时补偿。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅压力传感器，其特征在于：辊轴(7)通过插销(4)与传力板(5)和金属弹性元件(6)连接，水平推力作用下辊轴(7)向外滚动，实现弹性元件(6)水平方向拉伸。

说明书全文

一种拱式光纤光栅压力 传感器

技术领域

[0001] 本实用新型基于光纤光栅传感技术，涉及一种拱式光纤光栅压力传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

[0002] 压力是工程运营状态监测和安全评估的重要参数，用于测量压力的传感器成为工程中常用的传感器之一。光纤光栅传感技术利用波长调制编码传感信号，无需参考点，通过光的波长变化实现对被测物理量的测量，且测量结果不受光的强度、连接损耗等因素影响。目前，光纤光栅以其质量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀、传输损耗小等优良的性能被应用于工程中。因此，本实用新型采用光纤光栅传感技术，利用其优良的性能开发一种拱式光纤光栅压力传感器实现压力准确测量和实时监测。
实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的在于利用光纤光栅的优良特性，基于拱梁组合结构自平衡体系原理，提供一种结构简单、灵敏度高、耐久性好的拱式光纤光栅压力传感器。

[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：

[0005] 一种拱式光纤光栅压力传感器，包括：金属刚性盖板、传力杆、铰链、插销、传力板、金属弹性元件、辊轴、用于测量压力的光纤光栅、用于温度补偿的光纤光栅、金属板(与金属弹性元件材质相同)、金属外保护壳、预留孔洞；

[0006] 金属外保护壳为U形槽，U形槽开口处设有金属刚性盖板，U形槽内底部设有金属板，在U形槽的侧壁上开设有预留孔洞；金属刚性盖板底部的传力杆通过铰链和插销与刚性传力板连接；两个刚性传力板呈桥形设置，在两个刚性传力板末端与辊轴轴接，金属弹性元件两端与辊轴轴接，承受水平方向拉力；金属弹性元件底面设有用于测量压力的光纤光栅，在金属板上粘贴有用于温度补偿的光纤光栅，用于温度补偿的光纤光栅对测量压力的光纤光栅进行温度实时补偿，从而实现压力的精确测量。

[0007] 铰链的水平顶部留有圆形凹槽，使得传力杆紧扣在内，实现压力的传递。

[0008] 铰链与传力板通过插销连接，传力板与金属弹性元件通过插销连接成铰接形式，形成拱梁组合结构。

[0009] 测量压力的光纤光栅沿纵向粘贴于弹性元件下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅以同样方式粘贴于金属板上端，对测量压力的光纤光栅进行温度实时补偿。

[0010] 辊轴通过插销与传力板和金属弹性元件连接，水平推力作用下辊轴向外滚动，实现弹性元件水平方向拉伸。

[0011] 本实用新型的优点是：

[0012] 1、本实用新型中金属弹性元件与传力板之间通过插销连接，形成拱梁组合结构，基于拱梁组结构的自平衡体系原理，拱的水平推力将由弹性元件承受，此时，弹性元件受拉使得粘贴在弹性元件中央的压力测量光纤光栅产生应变，应变使光纤光栅产生波长变化。满足一定测量范围内，达到结构简单、灵敏度高、耐久性好、同时具有高精度及线性度的拱式光纤光栅压力传感器。

[0013] 2、本实用新型中通过插销将辊轴、弹性元件两端和传力板的两端连接在一起，传力板将竖向荷载转化为水平推力推动辊轴向外微小滚动，避免金属弹性元件与金属外保护壳底板产生较大摩擦而导致较大的测量误差，从而提高测量的准确性。

[0014] 3、本实用新型中由于光纤光栅的温度和应变的交叉敏感特性，用于测量压力的光纤光栅在产生应变的同时受温度变化影响较大，本实用新型针对这一问题将测量压力的光纤光栅沿纵向粘贴于弹性元件下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅采用相同的方式粘贴在与金属弹性元件同种材料的金属板上，在长期的压力监测中实现温度实时补偿，降低压力测量误差，提高测量的准确性。附图说明

[0015] 图1是本实用新型的正视图。

[0016] 图2是本实用新型的俯视图。

[0017] 图3是本实用新型的三维结构剖视图。

[0018] 图4是本实用新型的拱梁组合结构三维图。

[0019] 附图标记：金属刚性盖板1、传力杆2、铰链3、插销4、传力板5、金属弹性元件6、辊轴7、用于压力测量的光纤光栅8、用于温度补偿的光纤光栅9、金属板10、金属外保护壳11、预留孔洞12。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图1-4和实施例对本实用新型进一步说明。

[0021] 一种拱式光纤光栅压力传感器，包括：金属刚性盖板1、传力杆2、铰链3、插销4、传力板5、金属弹性元件6、辊轴7、用于测量压力的光纤光栅8、用于温度补偿的光纤光栅9、金属板10与金属弹性元件材质相同、金属外保护壳11、预留孔洞12；

[0022] 金属外保护壳11为U形槽，U形槽开口处设有金属刚性盖板1，U形槽内底部设有金属板10，在U形槽的侧壁上开设有预留孔洞12；金属刚性盖板1底部的传力杆2通过铰链3和插销4与刚性传力板5连接；两个刚性传力板5呈桥形设置，在两个刚性传力板5末端与辊轴7轴接，金属弹性元件6两端与辊轴7轴接，承受水平方向拉力；金属弹性元件6底面设有光纤光栅8，在金属板10上粘贴有用于温度补偿的光纤光栅9，光纤光栅9对测量压力的光纤光栅8进行温度实时补偿，从而实现压力的精确测量。

[0023] 铰链3的水平顶部留有圆形凹槽，使得传力杆2紧扣在内，实现压力的传递。

[0024] 铰链3与传力板5通过插销4连接，传力板5与金属弹性元件6通过插销4连接成铰接形式，形成拱梁组合结构。

[0025] 测量压力的光纤光栅8沿纵向粘贴于弹性元件6下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅9以同样方式粘贴于金属板10上端，对测量压力的光纤光栅进行温度实时补偿。

[0026] 辊轴7通过插销4与传力板5和金属弹性元件6连接，水平推力作用下辊轴7向外滚动，实现弹性元件。

[0027] 由于光纤光栅的温度和应变的交叉敏感特性，用于测量压力的光纤光栅在产生应变的同时受温度变化影响较大，本实用新型针对这一问题将测量压力的光纤光栅沿纵向粘贴于弹性元件下端的中心部位，用于温度补偿的光纤光栅采用相同的方式粘贴在与金属弹性元件同种材料的金属板上，在长期的压力监测中实现温度实时补偿，降低压力测量误差，提高测量的准确性。

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