集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器及其用于監(jiān)測(cè)拉索索力的方法技術(shù)

一種集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器，包括由同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵構(gòu)成的光纖光柵傳感器、高彈性金屬薄片構(gòu)成的彈片、夾持件、基座、L形鋼板構(gòu)成的Z形活動(dòng)件和金屬框架；金屬框架上有框架軸孔和框架連接軸，Z形活動(dòng)件的連接軸穿過(guò)框架軸孔，與基座II通過(guò)夾持件II固定連接并能在框架軸孔內(nèi)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)；彈片的一端與Z形活動(dòng)件的L形板固定相連，另一端固定在金屬框架上；框架連接軸與基座I通過(guò)夾持件I固定連接；框架、Z形活動(dòng)件、彈片、基座及夾持件形成一個(gè)懸臂梁受力結(jié)構(gòu)；工作狀態(tài)下，兩個(gè)基座通過(guò)栓接或焊接方式固定在被測(cè)構(gòu)件表面，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，帶動(dòng)基座、Z形活動(dòng)件引起彈片變形，從而使光纖光柵變形。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種采用應(yīng)變傳感器間接測(cè)量錨杯表面的應(yīng)變量的裝置及其方法，特別是涉及到一種基于光纖光柵技術(shù)的纜索索力傳感器及其用于監(jiān)測(cè)拉索索力的方法，該種傳感器可安裝在拉索的錨具表面監(jiān)測(cè)拉索索力或應(yīng)變，也可用于測(cè)量土木建筑結(jié)構(gòu)中鋼、混凝土梁柱及其它結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力變形。????
技術(shù)介紹
拉索的索力大小直接決定著斜拉橋、懸索橋、拱橋等拉索體系建筑的工作狀態(tài)，采用準(zhǔn)確的方法進(jìn)行索力監(jiān)測(cè)是保證其順利施工和安全運(yùn)營(yíng)的必要手段；索力測(cè)量常用的壓力測(cè)定法、磁通量法、頻率法等手段，在精度、適用性、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、拆裝、耐久性等方面或多或少存在一定局限性；而光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)拉索索力是一種新型的理想的監(jiān)測(cè)方法。現(xiàn)有的光纖光柵傳感器雖然是一種理想的長(zhǎng)期測(cè)量傳感器，測(cè)量具有精度高、耐久性好、不易受環(huán)境（電磁場(chǎng)、濕度、化學(xué)腐蝕等）影響等優(yōu)點(diǎn)，但也存在自身缺點(diǎn)：光纖光柵易脆、易損壞，溫度影響比較大，當(dāng)溫度和應(yīng)變同時(shí)發(fā)生作用時(shí)，應(yīng)變及溫度存在交叉敏感問(wèn)題。為了消除交叉影響，目前常采用參考光柵法，即單獨(dú)布置一根光纖光柵，使之只受溫度影響不受應(yīng)變作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其他光纖光柵的溫度補(bǔ)償；由于目前結(jié)構(gòu)與傳感器同時(shí)受溫度影響，獨(dú)立光纖光柵對(duì)結(jié)構(gòu)的溫度影響沒(méi)法消除或誤差大，另外溫度的敏感度比應(yīng)力的靈敏度大也加大了溫度補(bǔ)償?shù)碾y度。專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為CN102230834A的《一種帶溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵索力傳感器》公開(kāi)了一種將光纖光柵應(yīng)變傳感器焊接在錨頭，使索體拉力能夠精確地傳遞到錨頭上的光纖光柵應(yīng)變傳感器上的索力測(cè)量方法；但該專(zhuān)利要采用5只光纖光柵索力傳感器，對(duì)于每只光纖光柵索力傳感器是“將光纖光柵1兩端采用膠接的方法固定在封裝部件2內(nèi)，然后將封裝部件2分別置于固定支座4內(nèi)，并使用螺栓將夾持部件3和固定支座4緊緊連接，最后使用焊接的方式將固定支座4與錨頭連接”，因此，存在以下不足之處：1、該專(zhuān)利是“在纜索錨頭環(huán)向方向布置1個(gè)夾持式光纖光柵應(yīng)變傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)索力傳感器的溫度補(bǔ)償。”但這種方法存在明顯的測(cè)量誤差，因?yàn)殄^頭上布置傳感器的各部位的溫度變化是不完全一致的，特別是錨頭還是出于室外環(huán)境條件下，所以無(wú)法保證4只光纖光柵索力傳感器與溫度補(bǔ)償傳感器受到的溫度影響是一致，也就無(wú)法保證溫度補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性，導(dǎo)致測(cè)量的誤差；???另外，溫度的敏感度比應(yīng)力的靈敏度高，用一個(gè)值消除多個(gè)傳感器的溫度影響，擴(kuò)大了測(cè)量誤差。2、該專(zhuān)利提出的傳感器封裝方式簡(jiǎn)單，環(huán)氧樹(shù)脂封裝也存在外露老化的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器及其用于監(jiān)測(cè)拉索索力的方法，所述光纖光柵應(yīng)變傳感器是一種基于等強(qiáng)度懸臂梁結(jié)構(gòu)的、具有溫度自補(bǔ)償?shù)墓δ艿?、可用于測(cè)量表面應(yīng)變的高靈敏度光纖光柵傳感器，其用于監(jiān)測(cè)拉索索力的方法是將光纖光柵應(yīng)變傳感器布設(shè)在拉索錨杯的表面，通過(guò)測(cè)量錨杯表面的應(yīng)變量來(lái)間接監(jiān)測(cè)拉索索力；該光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、工藝性好、拆裝方便，可重復(fù)使用，而且具有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，能夠很好地解決光纖光柵傳感器應(yīng)變及溫度交叉敏感問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，?本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：?一種集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器，包括光纖光柵傳感器、彈片、夾持件、基座、Z形活動(dòng)件和框架；所述光纖光柵傳感器由同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵構(gòu)成；所述彈片為高彈性的金屬薄片；所述夾持件有2件，為帶兩通孔的金屬方塊；所述基座有2件，為方形的金屬板，每件基座上端有一個(gè)用于放置Z形活動(dòng)件連接軸或框架連接軸的開(kāi)口方槽，方槽兩側(cè)對(duì)稱各有一個(gè)用于安裝夾持件的螺紋孔；所述Z形活動(dòng)件為L(zhǎng)形鋼板，其上固定有一圓柱形的連接軸，軸的一端為球頭；所述框架為方形、圓形或多邊形的金屬框架，其上有框架軸孔、框架連接軸，軸的一端為球頭；所述?Z形活動(dòng)件的連接軸穿過(guò)框架軸孔，與基座II通過(guò)夾持件II固定連接，并且能在框架軸孔內(nèi)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)；所述彈片的一端與Z形活動(dòng)件的L形板固定相連，而另一端固定在金屬框架上；框架連接軸與基座I通過(guò)夾持件I固定連接；框架、Z形活動(dòng)件、彈片、基座及夾持件形成一個(gè)懸臂梁受力結(jié)構(gòu)；光纖光柵傳感器的同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵對(duì)稱粘貼在彈片上下兩個(gè)面上；工作狀態(tài)下，兩個(gè)基座通過(guò)栓接或焊接方式固定在被測(cè)構(gòu)件表面，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，帶動(dòng)基座、Z形活動(dòng)件引起彈片變形，從而使光纖光柵變形。所述集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器的進(jìn)一步技術(shù)方案是：該集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器還有2個(gè)保護(hù)蓋，所述保護(hù)蓋為與框架外緣形狀相同的方形、圓形或多邊形的金屬薄板，2個(gè)保護(hù)蓋通過(guò)螺栓分別安裝在框架上下兩側(cè)面，并在連接縫隙處涂抹封膠密封構(gòu)成密閉的空腔。相關(guān)的另一技術(shù)方案是：一種監(jiān)測(cè)拉索索力的方法，它是利用本專(zhuān)利技術(shù)上述的光纖光柵應(yīng)變傳感器實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)拉索索力的方法，其具體方法是：準(zhǔn)備好所需數(shù)量的集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器、配套測(cè)量設(shè)備以及連接線；在待測(cè)拉索錨杯待測(cè)表面標(biāo)距；把集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器的2個(gè)基座拆下，并將2個(gè)基座以螺釘栓接或焊接的方式固定在錨杯表面標(biāo)距的兩端，再將集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器的其余部分重新夾持在基座上；一個(gè)錨杯上可沿拉索軸向布設(shè)1個(gè)或?qū)ΨQ布置2個(gè)或?qū)ΨQ布置4個(gè)集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器；連線完畢，開(kāi)啟測(cè)量設(shè)備，監(jiān)測(cè)光纖光柵波長(zhǎng)的變化；當(dāng)拉索錨杯受力表面產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變時(shí)，帶動(dòng)集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器的基座、Z形活動(dòng)件引起彈片變形，從而使光纖光柵傳感器的兩根光纖光柵變形，通過(guò)測(cè)量?jī)x測(cè)量出光纖光柵波長(zhǎng)的變化，根據(jù)波長(zhǎng)變化與拉索索力或應(yīng)力的標(biāo)定方程，得出拉索的索力或應(yīng)力。由于采取以上技術(shù)方案，本專(zhuān)利技術(shù)之集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器及其用于監(jiān)測(cè)拉索索力的方法具有以下特點(diǎn)：1.采用一只本專(zhuān)利技術(shù)之集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器就具有溫度自補(bǔ)償功能，同時(shí)靈敏度提高1倍。本專(zhuān)利技術(shù)之集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器采用同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵對(duì)稱粘貼在彈片上下兩個(gè)面；利用彈片受力變形后，兩根光纖光柵一個(gè)受拉一個(gè)受壓，兩光柵波長(zhǎng)差只受應(yīng)變的影響，不受溫度的影響的原理解決光纖光柵傳感器應(yīng)變及溫度交叉敏感的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償；同時(shí)達(dá)到提高靈敏度1倍的效果。2.本專(zhuān)利技術(shù)之集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器利用框架6、Z形活動(dòng)件5、彈片2、基座4及夾持件3形成一個(gè)懸臂梁受力結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)光纖光柵應(yīng)變與被測(cè)構(gòu)件的表面應(yīng)變轉(zhuǎn)化；其結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單實(shí)用，效果好。????3.本專(zhuān)利技術(shù)之集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器利用框架以及保護(hù)蓋、并在連接縫隙處涂抹封膠密封形成密閉的空腔；框架、保護(hù)板及其他零件都是用不銹鋼或表面有防腐涂層的材料制成，光纖光柵傳感器固定于密閉的空腔中，受到很好的保護(hù)，耐壓強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好。4.本專(zhuān)利技術(shù)之集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器用于監(jiān)測(cè)拉索索力的方法是先將其基座用螺釘栓接或焊接的方式固定在錨杯表面，再將傳感器其余部分夾持在基座上；一個(gè)錨杯上可沿拉索軸向布設(shè)1個(gè)或?qū)ΨQ布置2個(gè)或本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于：該集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器包括光纖光柵傳感器（1）、彈片（2）、夾持件（3）、基座（4）、Z形活動(dòng)件（5）和框架（6）；所述光纖光柵傳感器（1）由同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵（101、102）構(gòu)成；所述彈片（2）為高彈性的金屬薄片；所述夾持件（3）有2件，為帶兩通孔的金屬方塊；所述基座（4）有2件，為方形的金屬板，每件基座上端有一個(gè)用以放置Z形活動(dòng)件（5）連接軸或框架（6）連接軸的開(kāi)口方槽，方槽兩側(cè)對(duì)稱各有一個(gè)用于安裝夾持件（3）的螺紋孔；所述Z形活動(dòng)件（5）為L(zhǎng)形鋼板（501），其上固定有一圓柱形的連接軸（502），軸的一端為球頭；所述框架（6）為方形、圓形或多邊形的金屬框架（601），其上有框架軸孔（602）、框架連接軸（603），軸的一端為球頭；所述?Z形活動(dòng)件的連接軸（502）穿過(guò)框架軸孔（602），與基座II（402）通過(guò)夾持件II（302）固定連接，并且能在框架軸孔（602）內(nèi)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)；所述彈片（2）的一端與Z形活動(dòng)件的L形板（501）固定相連，而另一端固定在金屬框架（601）上；框架連接軸（603）與基座I（401）通過(guò)夾持件I（301）固定連接；框架（6）、Z形活動(dòng)件（5）、彈片（2）、基座（4）及夾持件（3）形成一個(gè)懸臂梁受力結(jié)構(gòu)；光纖光柵傳感器（1）的同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵對(duì)稱粘貼在彈片上下兩個(gè)面上；工作狀態(tài)下，兩個(gè)基座（4）通過(guò)栓接或焊接方式固定在被測(cè)構(gòu)件表面，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，帶動(dòng)基座（4）、Z形活動(dòng)件（5）引起彈片（2）變形，從而使光纖光柵變形。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于：該集成溫度自補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵應(yīng)變傳感器包括光纖光柵傳感器（1）、彈片（2）、夾持件（3）、基座（4）、Z形活動(dòng)件（5）和框架（6）；
所述光纖光柵傳感器（1）由同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵（101、102）構(gòu)成；
所述彈片（2）為高彈性的金屬薄片；
所述夾持件（3）有2件，為帶兩通孔的金屬方塊；
所述基座（4）有2件，為方形的金屬板，每件基座上端有一個(gè)用以放置Z形活動(dòng)件（5）連接軸或框架（6）連接軸的開(kāi)口方槽，方槽兩側(cè)對(duì)稱各有一個(gè)用于安裝夾持件（3）的螺紋孔；
所述Z形活動(dòng)件（5）為L(zhǎng)形鋼板（501），其上固定有一圓柱形的連接軸（502），軸的一端為球頭；
所述框架（6）為方形、圓形或多邊形的金屬框架（601），其上有框架軸孔（602）、框架連接軸（603），軸的一端為球頭；
所述?Z形活動(dòng)件的連接軸（502）穿過(guò)框架軸孔（602），與基座II（402）通過(guò)夾持件II（302）固定連接，并且能在框架軸孔（602）內(nèi)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)；
所述彈片（2）的一端與Z形活動(dòng)件的L形板（501）固定相連，而另一端固定在金屬框架（601）上；框架連接軸（603）與基座I（401）通過(guò)夾持件I（301）固定連接；
框架（6）、Z形活動(dòng)件（5）、彈片（2）、基座（4）及夾持件（3）形成一個(gè)懸臂梁受力結(jié)構(gòu)；
光纖光柵傳感器（1）的同型號(hào)不同波段的兩根裸光纖光柵對(duì)稱粘貼在彈片上下兩個(gè)面上；
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳東明，鄧年春，陸紹輝，羅錚榮，朱萬(wàn)旭，蘇慶勇，李居澤，謝輝，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣西;45