一种光纤光栅微位移传感器及带有该传感器的机床立柱制造技术

本发明专利技术涉及一种光纤光栅微位移传感器，包括底板、两个侧板、光纤固定台、插销、环体、单模光纤、光纤光栅和顶针；两个侧板分别固定设置在底板的两侧，且与底板垂直设置，底板的一端伸出侧板外，并连接光纤固定台；插销垂直且转动连接在底板上，插销的上端固定设有环体，环体上靠近光纤固定台的一端设有连杆；单模光纤的中部环绕环体远离光纤固定台的一侧设置；本发明专利技术还涉及带有该传感器的机床立柱。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的一种光纤光栅微位移传感器及带有该传感器的机床立柱，结构简单，工作可靠，能满足恶劣的工程应用环境，且易于进行系列化大批量生产，且能测量微米级和纳米级位移，并能连续长期监测，具有较好的温度补偿效果。

Optical fiber grating micro displacement sensor and machine tool column with the sensor

The invention relates to a fiber grating micro displacement sensor, which comprises a bottom plate, two side plates and a fixed bolt, Taiwan, fiber ring body, single-mode fiber, fiber grating and thimbles; two side plates are respectively fixed on both sides of the bottom plate, and the bottom plate and is vertically arranged, one end of the bottom board is stretched out side, and connect the fixed optical fiber Taiwan; vertical and rotary bolt connected to the bottom plate, the bolt is fixed at the upper end is provided with a ring body, the ring body near one end of the optical fiber fixing platform is provided with a connecting rod; one side of the central fiber single-mode fiber fixed ring around the body away from the set; the invention also relates to a machine tool column with the sensor. The invention has the beneficial effects of the invention: a fiber grating micro displacement sensor and machine tool column, with the sensor has the advantages of simple structure, reliable operation, can satisfy the engineering application environment, and easy to carry out a series of mass production, and can measure micron and nanometer displacement, and continuous long-term monitoring that has better temperature compensation effect.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅微位移传感器及带有该传感器的机床立柱
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种光纤光栅微位移传感器及带有该传感器的机床立柱。
技术介绍
在科学研究与工程实践中，位移测量技术的应用非常广泛，现有的可进行连续监测的位移测量技术主要包括电容式或电感式等电类位移测量技术、激光位移传感器和激光干涉仪等激光位移测量技术，这些传感器的位移测量精度都可以达到微米级，在科学研究与工程实践中发挥着重要作用。但是电类位移测量技术的环境适应性较差，特别是在强电磁辐射环境中，其测试精度和信噪比会大大降低。激光位移测量传感器价格昂贵，且对环境的洁净度要求高，无法在粉尘等环境中实现位移的高精度测量。光纤光栅是一种新型光纤传感无源器件，具有体积小、重量轻、精度高、耐腐蚀、防爆、对电绝缘、抗电磁干扰、环境适应性好等优点，且可实现多点多参数的分布式测量和长期远程状态监测，因此在许多工程
得到越来越广泛的应用。目前，有大量的科研工作人员和工程技术人员研发出了不同形式的光纤光栅位移传感器。英国SmartFiber公司研发的SmartBridge光纤光栅位移传感器的位移测量精度仅为0.05mm(https://www.smartfibres.com/FBG-sensors)；美国MOI(Micronoptics)公司研发的OS5100型光纤光栅位移传感器的位移测量精度为0.03mm(http://www.micronoptics.com/)；在光纤光栅解调仪的解调精度为±1pm的前提下，ChangyuShen等人研发了两种悬臂梁型光纤光栅位移传感器，测量精度分别为±20微米和±4微米(文献“Noveltemperature-insensitivefiberBragggratingsensorfordisplacementmeasurement”，源自期刊“SensorsandActuatorsA：Physical”第170卷，2011年；文献“ADisplacementSensorBasedonaTemperature-InsensitiveDoubleTrapezoidalStructureWithFiberBraggGrating”，源自期刊“IEEEsensorsjournal”第12卷第5期，2012年)；SitongTao等人则设计了一种薄壁环形光纤光栅温度传感器，测量精度达到±2微米(文献“Temperature-insensitivefiberBragggratingdisplacementsensorbasedonathin-wallring”，源自期刊“OpticsCommunications”第372卷，2016年)。专利号为ZL200910026385.8的专利技术专利，公布了一种温度自补偿光纤光栅位移传感器，通过弹簧拉伸或压缩两只光纤光栅(细金属管封装)，采用了中间弹性体，其灵敏度和测试精度被降低；专利号为ZL201010127525.3的专利技术专利，公布了一种超精密光纤光栅位移传感器，是以平行片簧为导轨的筒状光纤光栅位移传感器，可以实现微米级以及纳米级位移的测量，但是无温度补偿措施，且结构复杂，长期可靠性存在问题。因此，设计一种结构简单，工作可靠，温度自补偿的高精度光纤光栅微位移传感器，以满足恶劣工程应用环境中微小位移的长期可靠监测是亟待解决的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结构简单，工作可靠，能满足恶劣的工程应用环境，且易于进行系列化大批量生产的光纤光栅微位移传感器及带有该传感器的机床立柱。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种光纤光栅微位移传感器，包括底板、两个侧板、光纤固定台、插销、环体、单模光纤、光纤光栅和顶针；两个侧板分别固定设置在底板的两侧，且与底板垂直设置，底板的一端伸出侧板外，并连接光纤固定台，光纤固定台与底板的一端垂直连接；插销垂直且转动连接在底板上，插销与底板转动连接，插销的一端固定设有环体，环体上靠近光纤固定台的一端设有连杆，连杆与底板平行设置，连杆的一端与环体固定连接，连杆的另一端向光纤固定台延伸，且设有顶针，顶针的一端与连杆的另一端垂直固定连接，另一端向侧板方向延伸，并伸出侧板外；单模光纤的中部环绕环体远离光纤固定台的一侧设置，并与环体固定连接，其两端向光纤固定台延伸，并与光纤固定台固定连接，单模光纤的两侧分别设有光纤光栅，单模光纤与底板平行设置。本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种光纤光栅微位移传感器，结构简单，工作可靠，能满足恶劣的工程应用环境，且易于进行系列化大批量生产，且能测量微米级和纳米级位移，并能连续长期监测，具有较好的温度补偿效果。进一步：两个光纤光栅以环体为中心对称设置。上述进一步方案的有益效果是：检测准确。进一步：底板为长方形，插销设置在底板长度方向的中心线上。上述进一步方案的有益效果是：传感器测量精密。进一步：连杆靠近光纤固定台一端的两侧分别设有弹簧，弹簧与底板平行设置，弹簧的一端与连杆固定连接，另一端与对应的侧板固定连接。上述进一步方案的有益效果是：两个弹簧的拉伸或者压缩形变相同，检测准确。进一步：单模光纤的两端通过粘接剂与光纤固定台固定连接；单模光纤的中部通过粘接剂与环体固定连接。上述进一步方案的有益效果是：结构简单，连接稳定。进一步：底板上设有方便安装传感器的螺栓孔。上述进一步方案的有益效果是：方便安装传感器。进一步：顶针的另一端设有硬质测头。上述进一步方案的有益效果是：检测可靠。进一步：一种带有该传感器的机床立柱，包括机床立柱本体、光纤光栅微位移传感器和碳纤维管；机床立柱本体竖直设置，光纤光栅微位移传感器固定设置在机床立柱本体侧面的上端，且光纤光栅微位移传感器中的顶针竖直朝下设置，机床立柱本体的侧面下端设有竖直向上设置的碳纤维管，碳纤维管的下端与机床立柱本体固定连接，上端与顶针固定连接。上述进一步方案的有益效果是：用于在线测量机床立柱本体在内外热源作用下的微小热伸长量，对机床在竖直方向上的热误差进行实时补偿，提高机床的加工精度。附图说明图1为本专利技术的传感器的结构示意图；图2为本专利技术的传感器爆炸图的结构示意图；图3为本专利技术的机床立柱的结构示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、底板，2、侧板，3、光纤固定台，4、插销，5、环体，6、单模光纤，7、顶针，8、连杆，9、光纤光栅，10、弹簧，11、粘接剂，12、硬质测头，13、机床立柱本体，14、碳纤维管。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1至图3所示，一种光纤光栅微位移传感器，包括底板1、两个侧板2、光纤固定台3、插销4、环体5、单模光纤6、光纤光栅9和顶针7；两个侧板2分别固定设置在底板1的两侧，且与底板1垂直设置，底板1的一端伸出侧板2外，并连接光纤固定台3，光纤固定台3与底板1的一端垂直连接；插销4垂直且转动连接在底板1上，插销4的上端固定设有环体5，环体5上靠近光纤固定台3的一端设有连杆8，连杆8与底板1平行设置，连杆8的一端与环体5固定连接，连杆8的另一端向光纤固定台3延伸，且设有顶针7，顶针7的一端与连杆8的另一端垂直固定连接，另一端向侧板2方向延伸，并伸出侧板2外；单模光纤6的中部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅微位移传感器，其特征在于：包括底板(1)、两个侧板(2)、光纤固定台(3)、插销(4)、环体(5)、单模光纤(6)、光纤光栅(9)和顶针(7)；两个所述侧板(2)分别固定设置在所述底板(1)的两侧，且与所述底板(1)垂直设置，所述底板(1)的一端伸出所述侧板(2)外，并连接光纤固定台(3)，所述光纤固定台(3)与所述底板(1)的一端垂直连接；所述插销(4)垂直且转动连接在所述底板(1)上，所述插销(4)的上端固定设有环体(5)，所述环体(5)上靠近所述光纤固定台(3)的一侧设有连杆(8)，所述连杆(8)与所述底板(1)平行设置，所述连杆(8)的一端与所述环体(5)固定连接，所述连杆(8)的另一端向所述光纤固定台(3)延伸，且设有顶针(7)，所述顶针(7)的一端与所述连杆(8)的另一端垂直固定连接，另一端向所述侧板(2)方向延伸，并伸出所述侧板(2)外；所述单模光纤(6)的中部环绕所述环体(5)远离所述光纤固定台(3)的一侧设置，并与所述环体(5)固定连接，其两端向所述光纤固定台(3)延伸，并与所述光纤固定台(3)固定连接，所述单模光纤(6)的两侧分别设有光纤光栅(9)，所述单模光纤(6)与所述底板(1)平行设置。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅微位移传感器，其特征在于：包括底板(1)、两个侧板(2)、光纤固定台(3)、插销(4)、环体(5)、单模光纤(6)、光纤光栅(9)和顶针(7)；两个所述侧板(2)分别固定设置在所述底板(1)的两侧，且与所述底板(1)垂直设置，所述底板(1)的一端伸出所述侧板(2)外，并连接光纤固定台(3)，所述光纤固定台(3)与所述底板(1)的一端垂直连接；所述插销(4)垂直且转动连接在所述底板(1)上，所述插销(4)的上端固定设有环体(5)，所述环体(5)上靠近所述光纤固定台(3)的一侧设有连杆(8)，所述连杆(8)与所述底板(1)平行设置，所述连杆(8)的一端与所述环体(5)固定连接，所述连杆(8)的另一端向所述光纤固定台(3)延伸，且设有顶针(7)，所述顶针(7)的一端与所述连杆(8)的另一端垂直固定连接，另一端向所述侧板(2)方向延伸，并伸出所述侧板(2)外；所述单模光纤(6)的中部环绕所述环体(5)远离所述光纤固定台(3)的一侧设置，并与所述环体(5)固定连接，其两端向所述光纤固定台(3)延伸，并与所述光纤固定台(3)固定连接，所述单模光纤(6)的两侧分别设有光纤光栅(9)，所述单模光纤(6)与所述底板(1)平行设置。2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅微位移传感器，其特征在于：两个所述光纤光栅(9)以所述环体(5)为中心对称设置。3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅微位移传感器，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞亚，谭跃刚，周祖德，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42