一种光纤光栅拉力传感器

本发明涉及光纤传感领域，特别涉及一种光纤光栅拉力传感器。

目前，常用的拉力传感器多为电阻应变式拉力传感器，虽然具有结构简单、 测量范围广、成本低等许多优点，但是也具有一定的局限性，例如：抗电磁干 扰能力和抗雷击能力较差、传输距离不远、需要现场供电、长期稳定性和可靠 性不好等。这些都使电阻应变式拉力传感器在许多工程领域中应用受到诸多限 制，例如在架空高压输电线拉力监测领域中，现场面临强电磁干扰环境、没有 电力供应、长期处于湿热循环的等恶劣环境中会使电阻应变片的使用寿命缩短 等诸多不利因素。

近十几年来，由于光纤光栅传感技术的快速发展，更由于光纤光栅具有不 受电磁干扰影响、现场无需供电、能在易燃易爆环境中应用、长期可靠性和稳 定性好等诸多优点，在拉力测量领域中越来越受到科技工作者的重视。

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于光纤光栅传感技术的新型拉力 传感器，来解决现有技术中抗电磁干扰能力较差、现场供电难、长期稳定性和 可靠性不理想等技术问题。

本发明发布的这种光纤光栅拉力传感器，由一个弹性传感基体、一个左挡 板、两个“O”型圈、一个温补光纤光栅、一个保护筒、两个应变光纤光栅、一 个右挡板、一个铠装光缆、一个光缆接头、一个金属软管构成。其中，所述的 弹性传感基体是由弹性金属材料通过精密机械加工而成的，是由左安装孔、左 装配螺纹、弹性杆、右装配螺纹、右安装孔五部分组成。所述的左安装孔和所 述的右安装孔用于与现有U型金具配合，给所述的弹性杆施加拉力；所述的左 装配螺纹和所述的右装配螺纹分别与所述的左挡板和所述的右挡板进行螺纹装 配；所述的弹性杆两个对称的侧面用于粘接或者焊接所述的应变光纤光栅，由 所述的弹性杆感知外界拉力，产生相应的形变，并传递给所述的应变光纤光栅。

本发明的光纤光栅拉力传感器制作的基本操作步骤如下：1)将所述的两个 应变光纤光栅采用环氧树脂胶粘或者锡焊焊接方式等现有技术沿轴向对称固定 在所述的弹性杆两侧；2)将所述的铠装光缆处理好，露出一段光纤，并将其穿 过所述的光缆接头的中心孔，密封固定好；3)将所述的铠装光缆穿到所述的不 锈钢软管中，并将所述的不锈钢软管与所述的光缆接头密封固定好；4)将所述 的“O”型圈分别套入所述的左挡板和所述的右挡板相应的环形槽中；5)将所 述的右挡板通过所述的右装配螺纹安装在所述的弹性传感基体上，并在螺纹处 点密封胶，做密封处理；6)将带有铠装光缆的所述的光缆接头通过螺纹安装在 所述的右挡板上，并利用密封胶进行密封；7)将所述的两个应变光纤光栅和所 述的温补光纤光栅的尾纤依次通过光纤熔接机连接在一起，并将所述的应变光 纤光栅的尾纤与所述的铠装光缆露出的光纤用光纤熔接机连接在一起；8)将所 述的温补光纤光栅固定好，用胶固定好；9)将所述的保护筒套在所述的右挡板 上；10)将所述的左挡板通过所述的左装配螺纹安装在所述的弹性传感基体上， 并用所述的保护筒配合好。

进一步的，所述的弹性传感基体的材质可以为不锈钢、或者碳钢、或者青 铜、或者其它良好的弹性材料的一种。

进一步的，所述的弹性杆的横截面可以是圆形、或者正方形、或者长方形、 或者多边形的一种。

进一步的，所述的应变光纤光栅的功能是感知所述的弹性杆所受外界拉力 作用下产生的形变，其数量可以是一支、或者两支、或者多支均布。本发明采 用了两个应变光纤光栅对称布置的方式是为了消除或者减小因拉力偏心导致的 测量误差，也可以采用三支或者三支以上的所述的应变光纤光栅沿所述的弹性 杆轴向进行均布。

进一步的，所述的温补光纤光栅的功能是测量传感器周围的环境温度变化， 为补偿因环境温度变化而引起的所述的应变光纤光栅的波长变化提供温度变化 的信息。

本发明的基本工作原理是：施加在所述的弹性传感基体上两侧的拉力使所 述的弹性杆产生轴向形变，进而使所述的应变光纤光栅受到拉伸或者压缩，从 而引起了所述的应变光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的应变光 纤光栅的中心反射波长的移动量，即可检测到待测拉力的变化信息。

本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用光纤光栅 来代替电阻应变片，现场无需供电、不受电磁干扰和雷击影响，大大提高了传 感器的长期稳定性和可靠性，使其适合在电磁干扰强度大、环境恶劣的野外环 境中应用。

图1是本发明的光纤光栅拉力传感器的结构示意图。

图2是本发明的光纤光栅拉力传感器的俯视图。

图3是本发明的弹性传感基体的结构示意图。

图中，1‑弹性传感基体；2‑左挡板；3‑“O”型圈；4‑温补光纤光栅；5‑保护 筒；6‑应变光纤光栅；7‑右挡板；8‑铠装光缆；9‑光缆接头；10‑不锈钢软管；11‑ 左安装孔；12‑左装配螺纹；13‑弹性杆；14‑右装配螺纹；15‑右安装孔。

实施例1：

下面结合附图1、附图2和附图3对本发明具体实施作详细说明：

本发明所述的光纤光栅拉力传感器，由一个弹性传感基体1、一个左挡板2、 两个“O”型圈3、一个温补光纤光栅4、一个保护筒5、两个应变光纤光栅6、 一个右挡板7、一个铠装光缆8、一个光缆接头9、一个金属软管10构成。其中， 所述的弹性传感基体1是由弹性金属材料通过精密机械加工而成的，是由左安 装孔11、左装配螺纹12、弹性杆13、右装配螺纹14、右安装孔15五部分组成。 所述的左安装孔11和所述的右安装孔15用于与现有U型金具配合，给所述的 弹性杆13施加拉力；所述的左装配螺纹12和所述的右装配螺纹14分别与所述 的左挡板2和所述的右挡板7进行螺纹装配；所述的弹性杆13两个对称的侧面 用于粘接或者焊接所述的应变光纤光栅6，由所述的弹性杆13感知外界拉力， 产生相应的形变，并传递给所述的应变光纤光栅6。

具体地，本实施例的制作过程是：

1)将所述的两个应变光纤光栅6采用环氧树脂胶粘或者锡焊焊接方式等现 有技术沿轴向对称固定在所述的弹性杆13的两个侧面上；

2)将所述的铠装光缆8处理好，露出一段光纤，并将其穿过所述的光缆接 头9的中心孔，密封固定好；

3)将所述的铠装光缆8穿到所述的不锈钢软管10中，并将所述的不锈钢 软管10与所述的光缆接头9密封固定好；

4)将所述的两个“O”型圈3分别套入所述的左挡板2和所述的右挡板7 相应的环形槽中；

5)将所述的右挡板7安装在所述的右装配螺纹14上，并在螺纹处点密封 胶，做密封处理；

6)将带有所述的铠装光缆8的所述的光缆接头9通过螺纹安装在所述的右 挡板7上，并利用密封胶进行密封；

7)将所述的两个应变光纤光栅6和所述的温补光纤光栅4的尾纤通过光纤 熔接机连接在一起，并将所述的应变光纤光栅6的剩余尾纤与所述的铠装光缆8 露出的光纤用光纤熔接机连接在一起；

8)将所述的温补光纤光栅4固定好，并将所有尾纤固定保护好；

9)将所述的保护筒5套在所述的右挡板7上；

10)将所述的左挡板2安装在所述的左装配螺纹12上，并用所述的保护筒 5配合好。

本发明的实施例的工作过程是：本发明所述的光纤光栅拉力传感器通过将 现有U型金具安装在所述的左安装孔11和所述的右安装孔15上，给所述的弹 性杆13施加拉力，使之产生相应的形变，进而使所述的两个应变光纤光栅6受 到拉伸或者压缩，从而引起所述的应变光纤光栅6的中心反射波长的移动，通 过探测所述的应变光纤光栅6的中心反射波长的移动量，即可检测到所受拉力 的变化信息。