應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置制造方法及圖紙

一種應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵、光纖和應(yīng)變體，在應(yīng)變體的側(cè)壁上固定安裝有覆蓋側(cè)壁的保護(hù)殼體，保護(hù)殼體上開設(shè)有出纖孔，環(huán)繞出纖孔設(shè)置有保護(hù)擋板；在保護(hù)殼體和應(yīng)變體側(cè)壁之間的布設(shè)空間內(nèi)，光纖的第一端固定在應(yīng)變體側(cè)壁上，沿應(yīng)變體軸向，在應(yīng)變體側(cè)壁上按一定纏距纏繞光纖并固定，沿光纖的軸向在光纖上設(shè)置光纖光柵，光纖的第二端通過(guò)出纖孔伸出保護(hù)殼體，與寬頻入射光源相連接，光纖光柵解調(diào)儀通過(guò)光耦合器連接光纖的第二端。可以避免易受電磁干擾、溫漂大、環(huán)境適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。還包括一種制造方法。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置
[0001 ] 本專利技術(shù)涉及一種測(cè)量裝置，特別是涉及一種用于栓系應(yīng)力的監(jiān)測(cè)裝置。
技術(shù)介紹
目前的浮空平臺(tái)多采用系留纜繩連接地面的錨泊車，完成系留錨泊。系留纜繩中包括的電纜和光纜分別負(fù)責(zé)從地面向浮空平臺(tái)提供電力保障，提供控制信號(hào)的上下行傳輸。當(dāng)浮空平臺(tái)在空中工作時(shí)，一旦系留纜繩的栓系力下降，會(huì)導(dǎo)致浮空平臺(tái)掙脫纜繩束縛，造成球體失控?fù)p壞、人員傷亡等嚴(yán)重事故。因此必須對(duì)其系留應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，以保障浮空平臺(tái)的安全。現(xiàn)今系留纜繩和浮空平臺(tái)間采用壓電式應(yīng)力傳感器進(jìn)行浮空平臺(tái)的拉力監(jiān)測(cè)，采用壓電式測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)電信號(hào)的監(jiān)測(cè)從而確定所受拉力的大小。常規(guī)的壓電式應(yīng)力傳感器在使用過(guò)程中存在零點(diǎn)漂移大、溫度漂移大、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，其輸出參數(shù)往往會(huì)隨時(shí)間和外界環(huán)境變化而產(chǎn)生波動(dòng)，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的采集精度和分辨率，相對(duì)誤差較大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)o出錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致參數(shù)檢測(cè)異常，系統(tǒng)無(wú)法正常工作。目前存在一種光纖光柵測(cè)量技術(shù),利用布拉格光柵,通過(guò)對(duì)光柵反射波長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量。如果將光纖光柵固定在應(yīng)變體上，當(dāng)外加應(yīng)力通過(guò)結(jié)構(gòu)體轉(zhuǎn)換成應(yīng)變時(shí)，光纖光柵受應(yīng)變體應(yīng)力變化影響，反射波長(zhǎng)發(fā)生漂移，利用寬頻帶入射光和相應(yīng)的光纖光柵解調(diào)設(shè)備就可以采集波長(zhǎng)變化數(shù)據(jù)，就有可能實(shí)現(xiàn)應(yīng)力變化的相應(yīng)線性測(cè)量。光纖光柵的制 造存在內(nèi)部寫入法、相位掩膜法等方法，但受受工藝影響，其結(jié)構(gòu)還不能在惡劣的高空系留環(huán)境下長(zhǎng)期使用。同時(shí)光纖光柵在低溫環(huán)境下也會(huì)出現(xiàn)色散效應(yīng)，使測(cè)量精度下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提高一種應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，解決無(wú)法利用光纖光柵進(jìn)行有效的應(yīng)力變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)問題。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提供一種制造方法，解決浮空平臺(tái)系留纜繩的栓系應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置易受環(huán)境因素影響，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的技術(shù)問題。本專利技術(shù)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵、光纖和應(yīng)變體，其特征在于:在應(yīng)變體的側(cè)壁上固定安裝有覆蓋側(cè)壁的保護(hù)殼體，保護(hù)殼體上開設(shè)有出纖孔，環(huán)繞出纖孔設(shè)置有保護(hù)擋板；在保護(hù)殼體和應(yīng)變體側(cè)壁之間的布設(shè)空間內(nèi)，光纖的第一端固定在應(yīng)變體側(cè)壁上，沿應(yīng)變體軸向，在應(yīng)變體側(cè)壁上按一定纏距纏繞光纖并固定，沿光纖的軸向在光纖上設(shè)置光纖光柵，光纖的第二端通過(guò)出纖孔伸出保護(hù)殼體，與寬頻入射光源相連接，光纖光柵解調(diào)儀通過(guò)光耦合器連接光纖的第二端。所述光纖光柵包括第一測(cè)量光纖光柵和第二測(cè)量光纖光柵，分別位于應(yīng)變體軸線兩側(cè)對(duì)稱的位置。所述光纖光柵還包括溫度補(bǔ)償光柵，溫度補(bǔ)償光柵，第一測(cè)量光纖光柵，第二測(cè)量光纖光柵形成串聯(lián)形式。所述保護(hù)殼體上沿軸向開設(shè)有一個(gè)矩形通孔，保護(hù)擋板采用彈性材料緊密嵌入矩形通孔，在保護(hù)擋板上開設(shè)出纖孔。所述應(yīng)變體采用軸線上開設(shè)有通孔的圓柱體，其外形尺寸為(<j560mm±lmm) X(120mm土 lmm)、重量不大于2kg,通孔尺寸為Φ 20_土 1_。本專利技術(shù)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，解決常規(guī)電傳感器易受電磁干擾、溫漂大、環(huán)境適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。基于光纖傳感技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大量程應(yīng)力測(cè)量，其最大應(yīng)力可達(dá)200kN，滿足大型浮空平臺(tái)的載荷應(yīng)力監(jiān)測(cè)要求，同時(shí)具有抗電磁干擾、溫度和零點(diǎn)漂移小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過(guò)采用光纖進(jìn)行應(yīng)力傳感，其抗電磁干擾能力大大增強(qiáng)，可以滿足GJB151A-97的要求，不受電磁干擾的影響，同時(shí)其環(huán)境適應(yīng)性也大大增強(qiáng)，在平臺(tái)機(jī)載振動(dòng)、沖擊、氣壓等綜合環(huán)境下均能準(zhǔn)確的進(jìn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)。創(chuàng)新無(wú)源化結(jié)構(gòu)形式，使產(chǎn)品具有抗電干擾性能，能夠在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，完全解決了現(xiàn)有電傳感器的易受電磁干擾的難題。采用無(wú)膠化封裝，創(chuàng)新的使用光纖光柵金屬化工藝結(jié)合釬焊嵌入結(jié)構(gòu)體的方式，解決了有膠粘貼工藝帶來(lái)的易斷裂、脫落等問題。采用特殊封裝工藝，創(chuàng)新的使用預(yù)拉工藝解決低溫環(huán)境下光纖光柵傳感器易產(chǎn)生啁啾的現(xiàn)象。采用高精度應(yīng)力測(cè)量技術(shù)，創(chuàng)新的使用串聯(lián)溫補(bǔ)光柵和雙光柵均值法，解決了傳感器的溫度對(duì)應(yīng)力測(cè)量的影響，減小了偏心載荷對(duì)測(cè)量精度的影響。本專利技術(shù)利用光纖光柵對(duì)系留纜繩及組件所受的應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)平臺(tái)在高空隨氣流波動(dòng)而造成系留纜繩及組件所受應(yīng)力的變化，通過(guò)對(duì)其應(yīng)力的變化可以獲得平臺(tái)工作的安全系數(shù)，當(dāng)應(yīng)力超出系留纜繩及組件的承受能力會(huì)及時(shí)報(bào)警，從而確保浮空平臺(tái)的安全可靠。本專利技術(shù)解決了原有的壓電式傳感器抗干擾能力差、環(huán)境適應(yīng)性差、溫漂大需多次校準(zhǔn)等缺點(diǎn)，具有量程大、精度高、耐腐蝕、抗電磁干擾、耐候性、傳輸距離遠(yuǎn)、溫漂小的特點(diǎn)，進(jìn)一步提高了浮空平臺(tái)電磁干擾環(huán)境下的工作能力，擴(kuò)展了浮空平臺(tái)的環(huán)境適應(yīng)條件，延長(zhǎng)浮空平臺(tái)的滯空工作時(shí)間，為全天候預(yù)警監(jiān)視提供良好的技術(shù)支撐，具有重要的多領(lǐng)域應(yīng)用意義。下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。【附圖說(shuō)明】圖1為本專利技術(shù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置中光纖光柵無(wú)膠封裝工藝的流程示意圖；圖3為本專利技術(shù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置中光纖光柵的布設(shè)方式示意圖。【具體實(shí)施方式】如圖1所示，本實(shí)施例中包括光纖光柵、光纖01和應(yīng)變體(承壓體)04，在應(yīng)變體04的側(cè)壁上固定安裝有覆蓋側(cè)壁的保護(hù)殼體05，保護(hù)殼體05上開設(shè)有出纖孔06，環(huán)繞出纖孔設(shè)置有保護(hù)擋板；在保護(hù)殼體05和應(yīng)變體04側(cè)壁之間的布設(shè)空間內(nèi)，光纖01的第一端固定在應(yīng)變體側(cè)壁上，沿應(yīng)變體04軸向，在應(yīng)變體04側(cè)壁上按一定纏距纏繞光纖01并固定，沿光纖01的軸向在光纖上設(shè)置光纖光柵，光纖01的第二端通過(guò)出纖孔06伸出保護(hù)殼體05，與寬頻入射光源02相連接，光纖光柵解調(diào)儀03通過(guò)光耦合器07連接光纖01的第二端。為了適應(yīng)現(xiàn)有系留結(jié)構(gòu)空間與系留纜繩配合，應(yīng)變體04采用軸線上開設(shè)有通孔的圓柱體，其外形尺寸為(Φ60ι?πι±1πιπι) X (120mm± lmm)、組件重量不大于2kg,通孔尺寸為 Φ20_±1_。為了確保振動(dòng)、沖擊等機(jī)械性能作用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生開裂等現(xiàn)象，進(jìn)一步增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性、耐機(jī)械性能，可以在保護(hù)殼體05上沿軸向開設(shè)有一個(gè)矩形通孔，保護(hù)擋板采用彈性材料緊密嵌入矩形通孔，在保護(hù)擋板上開設(shè)出纖孔06。光纖光柵解調(diào)儀03 (光纖光柵解調(diào)器)位于地面錨泊車內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)光纖光柵信號(hào)的解調(diào)處理，并將測(cè)量的應(yīng)力信號(hào)提供上位系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)顯示及預(yù)警。與光纖連接的傳輸光纜采用非金屬材料加強(qiáng)保護(hù)，選用普通軟光纜即可，用于實(shí)現(xiàn)作為傳感器的光纖光柵與空中平臺(tái)上的光分支器連接。本實(shí)施例解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的電磁干擾性能差的問題，項(xiàng)利用光纖的絕緣抗干擾特性，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置無(wú)源結(jié)構(gòu)。使用膠水封裝在光纖上的光纖光柵，由于封裝形式受高空環(huán)境溫度變化影響較大，造成較長(zhǎng)使用時(shí)間后封裝膠水穩(wěn)定性下降，會(huì)造成應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置可靠性降低，使用壽命縮短。如圖2所示，本實(shí)施例中光纖光柵的封裝采用了如下步驟:首先，利用準(zhǔn)分子激光器通過(guò)相位掩模板在光纖上刻制短距的光纖布拉格光柵，刻制的光柵波長(zhǎng)為1525nm?1565nm,帶寬< 0.2nm,光柵柵區(qū)長(zhǎng)度< 5mm,刻制好的光柵經(jīng)過(guò)高壓載氫、高溫退火工藝，提高光柵的穩(wěn)定性；其次，對(duì)光纖光柵進(jìn)行表面金屬化，利用化學(xué)鍍結(jié)合電鍍的方法在光纖光柵表面鍍銅，步驟包括:去保護(hù)層，除油，粗化，活化，化學(xué)鍍鎳，電鍍銅；然后，利用釬焊方式將光纖上金屬化的光纖光柵與應(yīng)變體04焊接成一體。具體步驟包括:選用Sn-4Ag_3Zn 釬料；加熱使釬本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵、光纖（01）和應(yīng)變體（04），其特征在于：在應(yīng)變體（04）的側(cè)壁上固定安裝有覆蓋側(cè)壁的保護(hù)殼體（05），保護(hù)殼體（05）上開設(shè)有出纖孔（06），環(huán)繞出纖孔設(shè)置有保護(hù)擋板；在保護(hù)殼體（05）和應(yīng)變體（04）側(cè)壁之間的布設(shè)空間內(nèi)，光纖（01）的第一端固定在應(yīng)變體側(cè)壁上，沿應(yīng)變體（04）軸向，在應(yīng)變體（04）側(cè)壁上按一定纏距纏繞光纖（01）并固定，沿光纖（01）的軸向在光纖上設(shè)置光纖光柵，光纖（01）的第二端通過(guò)出纖孔（06）伸出保護(hù)殼體（05），與寬頻入射光源（02）相連接，光纖光柵解調(diào)儀（03）通過(guò)光耦合器（07）連接光纖（01）的第二端。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，包括光纖光柵、光纖(Ol)和應(yīng)變體(04)，其特征在于:在應(yīng)變體(04)的側(cè)壁上固定安裝有覆蓋側(cè)壁的保護(hù)殼體(05)，保護(hù)殼體(05)上開設(shè)有出纖孔(06)，環(huán)繞出纖孔設(shè)置有保護(hù)擋板；在保護(hù)殼體(05)和應(yīng)變體(04)側(cè)壁之間的布設(shè)空間內(nèi)，光纖(01)的第一端固定在應(yīng)變體側(cè)壁上，沿應(yīng)變體(04)軸向，在應(yīng)變體(04)側(cè)壁上按一定纏距纏繞光纖(01)并固定,沿光纖(01)的軸向在光纖上設(shè)置光纖光柵,光纖(01)的第二端通過(guò)出纖孔(06)伸出保護(hù)殼體(05)，與寬頻入射光源(02)相連接，光纖光柵解調(diào)儀(03)通過(guò)光耦合器(07 )連接光纖(OI)的第二端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述光纖...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陸兆輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第八研究所，
類型：新型
國(guó)別省市：安徽;34