一种大量程光纤光栅位移传感器及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种大量程光纤光栅位移传感器及测量方法，包括:传感器主体以及钢丝绳固定结构；所述传感器主体包括传感器外壳以及设置在外壳内部的光纤、应变梁、光纤光栅一、光纤光栅二、精密螺杆、支架一、绕线轮、钢丝绳、簧盒、支架二和涡卷弹簧；支架一与支架二固定在传感器外壳上，所述支架一外侧固定有应变梁，应变梁上下两侧分别粘接光纤光栅一和光纤光栅二；在支架一和支架二之间固定有用于在两支架之间通过螺纹传动进行往复运动的精密螺杆，所述精密螺杆上固定有绕线轮。本发明有益效果：改变精密螺杆的螺距P可实现对传感器灵敏度的调整，通过改变绕线轮的直径可调整量程；相比一般光纤传感器可进行较大距离的测量。
【专利说明】一种大量程光纤光栅位移传感器及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种位移传感器，尤其涉及一种大量程光纤光栅位移传感器及测量方法，适用于煤矿液压支架位移的实时在线监测。
【背景技术】
[0002]我国采煤综合机械化水平在不断提高，随着综合采煤机械化的不断发展和新型大功率采煤机、工作面运输机的使用，要求对液压支架工作状态的监测技术与之相配套。目前采煤机和运输机的监控系统已经在许多煤矿投入使用，但液压支架工作状态的实时监测系统滞后于上述监控系统，给现场作业人员带来了极大的不便。
[0003]目前的液压支架状态监测多采用电子式传感装置，由于工作面有强烈的电磁干扰，容易造成测量不准确，且现有的液压支架直线传感器安装成本较高，信号漂移严重，信号远距离传输困难，不方便组网，同时对现场环境的抗干扰能力比较差，需要经常调零和校正，容易在支架工作过程中损坏；现有的光纤光栅位移传感器精度较高，抗电磁干扰，但量程较小，一般在200mm以内，不能满足现场使用要求。各种监测方式也不具有系统性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种大量程的光纤光栅位移传感器及测量方法，该光纤光栅位移传感器，体积小、精度高、量程大并且量程连续可调，其次由于传感器本身不带电，本质安全，可在易燃易爆环境下使用，并能实现实时在线监测，为监测液压支架位移，分析工作面的走向提供了技术手段。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种大量程光纤光栅位移传感器，包括:传感器主体以及钢丝绳固定结构；所述传感器主体包括传感器外壳以及设置在外壳内部的光纤、应变梁、光纤光栅一、光纤光栅二、精密螺杆、支架一、绕线轮、钢丝绳、簧盒、支架二和涡卷弹簧；
[0007]所述支架一与支架二固定在传感器外壳上，所述支架一外侧固定有应变梁，应变梁上下两侧分别粘接光纤光栅一和光纤光栅二；
[0008]在支架一和支架二之间固定有用于在两支架之间通过螺纹传动进行往复运动的精密螺杆，所述精密螺杆上固定有绕线轮；
[0009]所述支架二内侧固定有簧盒，簧盒内部设有涡卷弹簧，涡卷弹簧与精密螺杆连接。
[0010]所述钢丝绳固定结构包括用于将钢丝绳卡紧的钢丝绳卡扣以及用于固定钢丝绳自由端的钢丝绳固定环；
[0011]钢丝绳一端固定在传感器内部绕线轮上，绕线轮缠绕合适圈数后，通过钢丝绳卡扣卡紧，并阻挡在传感器外壳外部，另一端为自由端，固定在钢丝绳固定环上。
[0012]所述传感器外壳包括:上盖、下盖、圆筒侧壁、光缆固定接头和铠装光缆；所述上盖、下盖和侧壁共同组成光纤光栅位移传感器的壳体，所述下盖外侧设有用于固定光缆的光缆固定接头，光缆固定接头连接铠装光缆；光纤一端固定于应变梁上，另一端穿过下盖进入铠装光缆。
[0013]通过调整精密螺杆的螺距以及应变梁的尺寸能够调整传感器的灵敏度，通过改变精密螺杆的螺纹长度以及绕线轮的直径能够调整传感器的量程。
[0014]一种大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，
[0015]当钢丝绳固定环与传感器主体之间距离变大时，钢丝绳拖动绕线轮发生转动，绕线轮带动精密螺杆转动，涡卷弹簧储存能量，精密螺杆向靠近应变梁的一侧移动，应变梁挠曲应变增大，通过位移量与挠曲应变量标定公式得出所测位移量；
[0016]当钢丝绳固定环与传感器主体之间距离变小时，绕线轮在涡卷弹簧的弹力下发生转动，钢丝绳被盘在绕线轮上，精密螺杆向远离应变梁的一侧移动，应变梁挠曲应变减小，通过位移量与挠曲应变量标定公式得出所测位移量。
[0017]所述钢丝绳固定环与传感器主体部分分别固定在测量目标要发生位移部位的两端。
[0018]所述位移量与挠曲应变量的标定公式为:
【权利要求】
1.一种大量程光纤光栅位移传感器，其特征是，包括:传感器主体以及钢丝绳固定结构；所述传感器主体包括传感器外壳以及设置在外壳内部的光纤、应变梁、光纤光栅一、光纤光栅二、精密螺杆、支架一、绕线轮、钢丝绳、簧盒、支架二和涡卷弹簧； 所述支架一与支架二固定在传感器外壳上，所述支架一外侧固定有应变梁，应变梁上下两侧分别粘接光纤光栅一和光纤光栅二； 在支架一和支架二之间固定有用于在两支架之间通过螺纹传动进行往复运动的精密螺杆，所述精密螺杆上固定有绕线轮； 所述支架二内侧固定有簧盒，簧盒内部设有涡卷弹簧，涡卷弹簧与精密螺杆连接。
2.如权利要求1所述的一种大量程光纤光栅位移传感器，其特征是，所述钢丝绳固定结构包括用于将钢丝绳卡紧的钢丝绳卡扣以及用于固定钢丝绳自由端的钢丝绳固定环； 钢丝绳一端固定在传感器内部绕线轮上，绕线轮缠绕合适圈数后，通过钢丝绳卡扣卡紧，并阻挡在传感器外壳外部，另一端为自由端，固定在钢丝绳固定环上。
3.如权利要求1所述的一种大量程光纤光栅位移传感器，其特征是，所述传感器外壳包括:上盖、下盖、圆筒侧壁、光缆固定接头和铠装光缆；所述上盖、下盖和侧壁共同组成光纤光栅位移传感器的壳体，所述下盖外侧设有用于固定光缆的光缆固定接头，光缆固定接头连接铠装光缆；光纤一端固定于应变梁上，另一端穿过下盖进入铠装光缆。
4.如权利要求1所述的一种大量程光纤光栅位移传感器，其特征是，通过调整精密螺杆的螺距以及应变梁的尺寸能够调整传感器的灵敏度，通过改变精密螺杆的螺纹长度以及绕线轮的直径能够调整传感器的量程。
5.一种如权利要求1所述的大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，其特征是， 当钢丝绳固定环与传感器主体之间距离变大时，钢丝绳拖动绕线轮发生转动，绕线轮带动精密螺杆转动，涡卷弹簧储存能量，精密螺杆向靠近应变梁的一侧移动，应变梁挠曲应变增大，通过标定公式得出所测位移量； 当钢丝绳固定环与传感器主体之间距离变小时，绕线轮在涡卷弹簧的弹力下发生转动，钢丝绳被盘在绕线轮上，精密螺杆向远离应变梁的一侧移动，应变梁挠曲应变减小，通过标定公式得出所测位移量。
6.如权利要求5所述的一种大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，其特征是，所述钢丝绳固定环与传感器主体部分分别固定在测量目标要发生位移部位的两端。
7.如权利要求5所述的一种大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，其特征是，所述标定公式为:
8.如权利要求5所述的一种大量程光纤光栅位移传感器的测量方法，其特征是，通过调整精密螺杆的螺距以及应变梁的尺寸能够调整传感器的灵敏度，通过改变精密螺杆的螺纹长度以及绕线轮的直径能够调整传感器的量程。
【文档编号】G01B11/02GK103983197SQ201410209172
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】姜龙, 孙剑锋, 李连庆, 刘统玉 申请人:山东微感光电子有限公司