本实用新型专利技术提出了一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，属于传感器，具体结构包括圆柱形弹性体，弹性体侧面中部位置设置有光纤布喇格光栅，光纤布喇格光栅与外部信号解调系统相连，用于检测光纤布喇格光栅中心反射波长的改变量。弹性体的外侧设置有外壳，弹性体底部有底座。弹性体内部设置有垂直于弹性体中心线的内柱，内柱底部通过匹配螺纹与底座固定在一起，使用内柱就可以设置称重传感器的测重上限，同时系统能在被测物超过测重传感器所能测量的最大重量时发出警报，从而使光纤布喇格光栅称重传感器具备过载保护的功能。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种应力传感器，尤其涉及一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器。
技术介绍
称重传感器是一种把被测量信息转换成另一种可测量的输出信息的应力传感器。目前已有的称重传感器主要有电感式、压电式、电阻应变式、电容式、以及近年来发展起来的光纤布喇格光栅称重传感器。光纤布喇格光栅传感器采用波长测量技术，在测量精度和可靠性上具有明显优势，已经在桥梁结构健康检测、电力系统、大坝、建筑物等领域获得广泛应用。目前，光纤布喇格光栅传感器已可实现温度、加速度、微量位移、应变等参数的测量。光纤布喇格光栅称重传感器是光纤布喇格光栅传感器的一种。随着近些年光纤布喇格光栅称重传感器的发展，很多学者提出了多种结构的光纤布喇格光栅称重传感器，其中对柱式称重传感器的研究非常广泛。但是，目前的光纤布喇格光栅称重传感器在被测物过载时会造成光纤布喇格光栅传感头的损坏，即过载时会造成传感器的损坏。
技术实现思路
本技术的任务是针对现有光纤布喇格光栅称重传感器的不足提出一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，该光纤布喇格光栅称重传感器可确保被测物过载时传感器不受到严重破坏。为了实现上述目的，本技术采用了下述技术方案：该光纤光栅称重传感器采用柱式结构，中间为弹性体，弹性体的外侧设置有外壳，弹性体的侧面中部位置均匀设置有光纤布喇格光栅，光纤布喇格光栅通过粘贴的方式固定在弹性体外侧的中部位置。当被测物作用在弹性体上时，弹性体结构产生机械变形，从而将应力传递给光纤布喇格光栅，最终引起光纤布喇格光栅反射波长的改变，通过检测布拉格波长的变化就可以检测出应力的大小。沿着弹性体纵向中心线设置有内柱，内柱从弹性体下部插入弹性体，且从弹性体对称的另一端穿出，内柱顶端与弹性体凹槽内壁有一定空隙，空隙的间距用来设置过载保护时弹性体应变的临界值。随着弹性体负荷的增大，弹性体由于机械形变会接触到内柱，因此可以限制光纤布喇格光栅的受力强度，使该称重传感器具有过载保护的功能。本技术提出的一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，具备过载保护功能的称重传感器可以通过检测施加在弹性体上载荷的值来检测是否过载。当我们获取弹性体载荷达到临界值的信息时，就可以通过提取光纤布喇格光栅对应波长的变化信息来发出警报。本技术中，具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器的具体工作原理为：在弹性体内部设置内柱，随着施加于弹性体的载荷逐渐增大，当弹性体的形变足够大时，也会同时达到弹性体预设临界值，这时我们就可以通过外部光纤布喇格光栅解调系统对应的光纤布喇格光栅波长变化预设值发出警报，同时停止称重传感器的工作，从而实现保护本技术中称重传感器弹性体的目的。称重传感器弹性体的理想材料应该是线弹性的，在弹性体受力面积一定的情况下，其载荷P与应变 之间应严格成正比。但是实际的弹性体材料不会严格符合P-的线性关系，一定情况下弹性体容易发生非线性弹性形变，甚至发生微塑性形变。在这里，我们假设本专利所述的具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器弹性体材料的微塑性形变非常小，接近于理想线性情况。根据我们的假设，得： （1）其中：P为弹性体单位面积所受的载荷，为弹性体的应变，Y为杨氏模量。光纤布喇格光栅反射中心波长条件为：（2）其中：为光纤布喇格光栅的中心反射波长；为纤芯的有效折射率；为光栅的微扰周期。由（2）式可以看出，任何可改变光纤有效折射率和光纤布喇格光栅微扰周期的物理量都能改变光纤布喇格光栅的中心反射波长。其中，应变是最能直接改变光纤布喇格光栅的中心反射波长的物理量之一。将（2）式两边微分，得： （3）将（3）式除以（2）式，得： （4）在弹性体线弹性范围内，有： （5）其中，为轴向应变。若不考虑波导效应，即不考虑光纤径向对折射率的影响，只考虑轴向形变的弹光效应，光纤在轴向弹性变形下的折射率变化如下： （6）其中，和为光纤材料的光弹性系数；为光纤材料的泊松比；为轴向应变。令，由式（4）（5）（6）可得： （7）式（7）为光纤布喇格光栅轴向应变下波长变化的数学表达式，它是处理光纤布喇格光栅应变传感的基本关系式。可以看出，当光纤布喇格光栅的材料一旦确定，光纤布喇格光栅对应变的传感特性系数基本上为一与材料系数相关的常数，这就从理论上保证了光纤布喇格光栅作为应变传感器有很好的线性输出。 令,可视为光纤布喇格光栅轴向应变与中心波长变化关系的灵敏度系数。由此可得： （8）上式即为光纤布喇格光栅中心波长变化与轴向应变的数学关系，它可以方便地将波长变化数据处理成应变结果。由于光纤布喇格光栅对横向应力的灵敏度较轴向小的多。因此在复杂应力状态下，光纤轴向应力引起的波长变化占主要部分，因此我们通常只考虑光纤布喇格光栅轴向应变传感。由于光纤布喇格光栅是紧贴在弹性体上，光纤布喇格光栅和弹性体的应变对应的即： （9）其中，为传感器的实际应变值。由（1）式，（8）式和（9）式可得： （10）其中，为传感器设定的弹性体的应变临界值，可以通过内柱顶端到弹性体内孔顶端的距离设定。 通过（10）式可以得出弹性体载荷和光纤布喇格光栅变化波长之间的关系。附图说明图1是本技术的结构示意图；在图中 1.弹性体；2. 光纤布喇格光栅；3.内柱；4.底座；5.外壳；6.引线。具体实施方式参照说明书附图1对本技术的一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器作以下详细说明。本技术的一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，其结构包括柱式结构的弹性体（1），弹性体（1）的侧面中部位置均匀设置有光纤布喇格光栅（2）;弹性体（1）的下部是底座（4），所述的弹性体(1)内部有沿弹性体(1)中心线且垂直于底座(4)的内柱(3)，内柱(3)底部通过匹配螺纹与底座（4）固定在一起，底座(4)可以保护弹性体(1)和固定内柱(3),弹性体（1）的外侧设置有外壳（5）,并通过外壳（5）封装传感器，光纤布喇格光栅（2）的引线(6)穿过外壳与外部的光纤布喇格光栅信号解调系统连接。所述弹性体（1）为圆柱形结构。所述底座（4）为底面积略大于弹性体的规则形状物体。所述内柱（3）为微塑性形变远小于弹性体（1）微塑性形变的材料制成。所述的光纤布喇格光栅（2）为2个或4个，平行或垂直固定在弹性体的侧面中部位置。所述外壳（5）为金属材料。通过传感器外部信号解调系统测量光纤布喇格光栅中心反射波长的变化的方式来达到检测被测物重量的目的。随着弹性体(1)负荷的增大，弹性体(1)由于产生足够大的应变，从而接触到内柱(3)。通过外部光纤布喇格光栅解调系统检测到被测物对本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，包括弹性体，其特征是：所述弹性体的侧面中部位置均匀设置有光纤布喇格光栅，所述弹性体的下部有底座，所述弹性体内部有沿圆柱形弹性体中心线且垂直于底座的内柱，内柱底部通过匹配螺纹与底座固定在一起，所述弹性体外侧设置有外壳，并通过外壳封装传感器。
【技术特征摘要】
1.一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，包括弹性体，其特征是：所述弹性体的侧面中部位置均匀设置有光纤布喇格光栅，所述弹性体的下部有底座，所述弹性体内部有沿圆柱形弹性体中心线且垂直于底座的内柱，内柱底部通过匹配螺纹与底座固定在一起，所述弹性体外侧设置有外壳，并通过外壳封装传感器。
2.根据权利要求1所述的一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，其特征是：所述弹性体为圆柱形结构。
3.根据权利要求1所述的一种具有过载保护功能的光纤布喇格光栅称重传感器，其特征是：所述底座为底面积略大于弹性体的规则形状物体。
4.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：路浩亮，万生鹏，龚强，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：江西;36
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。