光纤光栅全方位倾角仪制造技术

本实用新型专利技术提供了一种光纤光栅全方位倾角仪，属于传感器技术领域，包括壳体、万向摆杆、短轴、长轴和转动架，下设摆锤的万向摆杆上端固定在短轴上，设于短轴上方的长轴与之交叉设于转动架内，短轴两端与转动架转动相连，长轴两端与转动架固定相连，长轴两端与壳体转动连接；短轴端部的第一偏心凸轮外圆与设于转向架上的推杆配合，推杆端部与固定在转向架上的第一等强度梁的自由端相接触；长轴上的第二偏心凸轮的外圆与第二等强度梁的自由端接触，第二等强度梁与壳体相连；第一等强度梁和第二等强度梁上均设有与光纤光栅解调仪相连的应变光栅，通过应变光栅来感知万向摆杆的摆动角度，确定被测量物的倾斜角度及方向。

【技术实现步骤摘要】
光纤光栅全方位倾角仪
本技术属于传感器
，更具体地说，是涉及一种光纤光栅全方位倾角仪。
技术介绍
在高层建筑、深坑、高边坡等工程领域，沿着竖直方向不同高度或者深度处的倾斜、变形信息的监测非常重要，通过监测，可掌握它们的倾斜、变形情况及其变化趋势。这种倾斜或者变形的测量技术中，传统的电测斜仪应用非常普遍，例如在边坡变形监测中，工作人员通过在边坡内部沿竖直方向钻孔，埋入商业测斜管，将电测斜仪放入测斜管中，从测斜管底端开始，依次按照等高度的间隔提升电测斜仪，再记录各个高度处的电测斜仪测量的变形值，得到边坡沿竖直方向不同高度的分布式变形信息。这种测量方法，由于电测斜仪测量的输出信号为弱电，一方面，仪器的抗干扰能力差，读数不稳定；另一方面，工作人员的每次测量都必须到边坡现场实施，工作开展非常不便，不同的工作人员受主观影响后的读数结果也容易不同，而且无法做到实时监测，对边坡变形等无法实时、及时的掌握。光纤光栅传感技术因其抗电磁干扰、可多个传感器串接复用、可远程实时监测以及精度高等突出优势，非常适用于边坡等野外恶劣环境中的实时监测，因此基于光纤光栅原理的分布式变形测量技术研究不断。其中，光纤光栅传感器是目前应用最为广泛的光纤传感器之一，可测量应变、温度、压力、位移、流量、液位等参数。其传感原理一般基于被测参数变化引起光栅周期和有效折射率的变化，从而导致光栅特征波长的变化，通过测量特征波长的移动量来测量上述参数。通过对国内外资料的查阅发现，到目前为止有关光纤光栅倾角仪方面的研究并不完善，还处于探索开发阶段。现有的光纤光栅倾角仪传感器由于精度低、寿命短、体积大等缺点难以应用于工程结构的变形监测，并且现有的大部分光纤光栅倾角仪只能对已知倾斜方向的倾斜物体进行倾角监测，工程应用受到极大限制，为解决此类问题，特意设计制作了新型的光纤光栅全方位倾角仪，可对沿任意方向倾斜的物体进行倾角监测，对于土木工程结构变形监测具有十分重要的意义。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光纤光栅全方位倾角仪，以解决现有技术中存在的传统光纤光栅倾角仪传感器存在的精度低、寿命短、体积大以及仅能对已知倾斜方向的倾斜物体进行倾角监测的技术问题。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种光纤光栅全方位倾角仪，包括用于与被测物体相连的壳体，所述壳体内设有万向摆杆、短轴、长轴和中空的转动架，所述万向摆杆的上端固定在短轴上，所述万向摆杆的下端设有摆锤；所述长轴设置于所述短轴的上方、且与所述短轴交叉设置于所述转动架内，所述短轴的两端与所述转动架转动相连，所述长轴的两端与所述转动架固定相连，所述长轴的两端贯穿所述转动架并与所述壳体转动连接；所述短轴的端部设有第一偏心凸轮，所述第一偏心凸轮的外圆与设置于所述转动架上的推杆配合，所述推杆的端部与固定在转动架上的第一等强度梁的自由端相接触；所述长轴上设有第二偏心凸轮，所述第二偏心凸轮的外圆与第二等强度梁的自由端接触，所述第二等强度梁的固定端与所述壳体相连；所述第一等强度梁和第二等强度梁上均设有与光纤光栅解调仪相连的应变光栅；所述第一等强度梁和第二等强度梁均具有初应变。进一步地，所述壳体内还设有温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述第一等强度梁及第二等强度梁上的应变光栅通过用于传输信号的光纤串联起来、并与设置于所述壳体外部的光纤光栅解调仪相连；所述壳体上设有用于所述光纤穿过的过孔。进一步地，所述壳体为分体式结构，包括底板和圆柱体的中空外壳，所述外壳包括圆柱壳右和圆柱壳左；所述长轴的两端分别与所述圆柱壳右和圆柱壳左的上部转动连接，所述过孔由所述圆柱壳右和圆柱壳左顶部的环状凸台围合而成；所述外壳与所述底板活动连接。进一步地，所述圆柱壳右和圆柱壳左的对接端边缘通过壳卡连接，所述壳卡内设有横截面为T形的卡槽，所述圆柱壳右和圆柱壳左的边缘设有与所述卡槽相配合的凸起。进一步地，所述万向摆杆的下端设有摆锤，所述底板上设有用于固定所述摆锤的固定件，所述固定件与所述底板活动连接。进一步地，所述转动架为中部镂空的矩形框，所述短轴的两端通过轴承与转动架转动配合，所述万向摆杆固定在所述短轴的中部，所述第一偏心凸轮设置在所述转动架的外部。进一步地，所述第一偏心凸轮为圆形偏心轮，所述推杆包括矩形限位框和导向轴，所述限位框套装在所述第一偏心凸轮的外圆上，所述转动架外壁设有约束钮，所述约束钮设有与导向轴配合的导向孔，所述导向轴的一端与所述限位框相连，所述导向轴的另一端穿过约束钮的导向孔与第一等强度梁相接触。进一步地，所述第一等强度梁、所述推杆均为两个，两个所述第一等强度梁的固定端交叉设置在所述转动架的相对侧；所述限位框的两侧分别设有约束钮，所述限位框的两侧均设有导向轴、且两侧导向轴长度不等，较长的一个导向轴端部与所述第一等强度梁相接触；两个所述推杆的较长导向轴交错设置于所述转动架的两侧。进一步地，所述第二偏心凸轮及第二等强度梁均为两个，两个所述第二等强度梁并列设置在所述转动架的上方，两个所述第二等强度梁的固定端与所述壳体相连。进一步地，所述转动架与所述长轴通过卡环固定相连，所述卡环为两个、且对称设置在转动架的两侧。本技术提供的光纤光栅全方位倾角仪的有益效果在于：与现有技术相比，本技术光纤光栅全方位倾角仪通过万向摆杆在yoz平面的摆动，带动短轴及其端部的第一偏心凸轮转动，进而驱动推杆移动及第一等强度梁发生应变；万向摆杆在xoz平面的摆动，带动转动架相对壳体发生转动，进而带动长轴端部的第二偏心凸轮转动及第二等强度梁发生应变；通过第一等强度梁及第二等强度梁上的应变光栅来感知推杆的位移及第二偏心凸轮的转动角度，间接测量出摆锤相对于倾角仪中轴线在yoz平面及xoz平面摆动角度的大小，摆锤相对于倾角仪中轴线yoz平面和xoz平面两个平面摆动角度的矢量叠加大小即是被测量物体的倾斜角度，矢量叠加方向即是被测量物体的倾斜方向。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的光纤光栅全方位倾角仪的外形图；图2为图1的主视图；图3为图2的左视图；图4为图2的C-C剖视图；图5为图3的A-A剖视图；图6为图4中去掉壳体后的示意图；图7为图6的轴测图；图8为图7的仰视结构示意图；其中，图中各附图标记：1-短轴，2-转动架，3-轴承，4-推杆，5-约束钮，6-第二偏心凸轮，7-长轴，8-卡环，9-摆锤，10-紧定螺钉，11-圆柱壳右，12-第一等强度梁，13-第一偏心凸轮，14-垫圈，15-过孔，16-第二等强度梁，17-底板，18-壳卡，19圆柱壳左，20-固定件，21-应变光栅，22-光纤光栅解调仪，23-光纤，24-限位框，25-导向轴，26-壳体，27-万向摆杆。具体实施方式为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。需要说明的是，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光纤光栅全方位倾角仪，其特征在于：包括用于与被测物体相连的壳体，所述壳体内设有万向摆杆、短轴、长轴和中空的转动架，所述万向摆杆的上端固定在短轴上，所述万向摆杆的下端设有摆锤；所述长轴设置于所述短轴的上方、且与所述短轴交叉设置于所述转动架内，所述短轴的两端与所述转动架转动相连，所述长轴的两端与所述转动架固定相连，所述长轴的两端贯穿所述转动架并与所述壳体转动连接；所述短轴的端部设有第一偏心凸轮，所述第一偏心凸轮的外圆与设置于所述转动架上的推杆配合，所述推杆的端部与固定在转动架上的第一等强度梁的自由端相接触；所述长轴上设有第二偏心凸轮，所述第二偏心凸轮的外圆与第二等强度梁的自由端接触，所述第二等强度梁的固定端与所述壳体相连；所述第一等强度梁和第二等强度梁上均设有与光纤光栅解调仪相连的应变光栅；所述第一等强度梁和第二等强度梁均具有初应变。

【技术特征摘要】
1.光纤光栅全方位倾角仪，其特征在于：包括用于与被测物体相连的壳体，所述壳体内设有万向摆杆、短轴、长轴和中空的转动架，所述万向摆杆的上端固定在短轴上，所述万向摆杆的下端设有摆锤；所述长轴设置于所述短轴的上方、且与所述短轴交叉设置于所述转动架内，所述短轴的两端与所述转动架转动相连，所述长轴的两端与所述转动架固定相连，所述长轴的两端贯穿所述转动架并与所述壳体转动连接；所述短轴的端部设有第一偏心凸轮，所述第一偏心凸轮的外圆与设置于所述转动架上的推杆配合，所述推杆的端部与固定在转动架上的第一等强度梁的自由端相接触；所述长轴上设有第二偏心凸轮，所述第二偏心凸轮的外圆与第二等强度梁的自由端接触，所述第二等强度梁的固定端与所述壳体相连；所述第一等强度梁和第二等强度梁上均设有与光纤光栅解调仪相连的应变光栅；所述第一等强度梁和第二等强度梁均具有初应变。2.如权利要求1所述的光纤光栅全方位倾角仪，其特征在于：所述壳体内还设有温度补偿光栅，所述温度补偿光栅与所述第一等强度梁及第二等强度梁上的应变光栅通过用于传输信号的光纤串联起来、并与设置于所述壳体外部的光纤光栅解调仪相连；所述壳体上设有用于所述光纤穿过的过孔。3.如权利要求2所述的光纤光栅全方位倾角仪，其特征在于：所述壳体为分体式结构，包括底板和圆柱体的中空外壳，所述外壳包括圆柱壳右和圆柱壳左；所述长轴的两端分别与所述圆柱壳右和圆柱壳左的上部转动连接，所述过孔由所述圆柱壳右和圆柱壳左顶部的环状凸台围合而成；所述外壳与所述底板活动连接。4.如权利要求3所述的光纤光栅全方位倾角仪，其特征在于：所述圆柱壳右和圆柱壳左的对接端边缘通过壳卡连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，杨绍红，李鹏辉，罗志峰，赵雨佳，曾芳婧，牛雪馨，钟志鑫，胡军海，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：新型
国别省市：河北,13