基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪制造技术

本实用新型专利技术涉及基于法布里‑珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，其基本原理是利用薄片在失稳以后的工况下，压缩量与中间位置挠度之间的关系来放大轴向位移变化量，从而达到高精度的监测。它包括光纤弹性薄片夹具和受力变形体；光纤弹性薄片夹具固定在外壳上并分别夹持住弹性薄片两端；弹性薄片对着光纤端面的一面为反光面，并且所述外壳伸缩时能够使所述弹性薄片受所述外壳轴向的挤压力而发生压杆失稳导致的弹性形变，从而使弹性薄片中点处的挠度发生变化；光纤被光纤保护套保护，且从所述外壳上伸入外壳内并对准所述弹性薄片反光面的中间位置；弹性杆连接到传感器顶部的重物，重物连接弹性薄片。提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪
本技术涉及精密测量设备领域，具体涉及一种基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪。
技术介绍
在现有技术中，非本征法布里-珀罗干涉（EFPI）原理的传感器多用于测量压强、应变或者温度等参数，但是都是基于最简单的结构形式和机理。光纤测量倾斜通常使用FBG原理，利用倾斜后，重物产生的力矩使得弹性杆发生弯曲，通过测量弯曲后弹性杆上的拉应变或压应变改变FBG的谐振波长，从而反映位移。缺点是材料的变形都较小，会导致测量精度低；如果变形较大，又导致变形体容易发生疲劳，从而刚度降低并产生零漂。测量精度和寿命问题限制了测量装置的使用范围。
技术实现思路
为此，本技术要解决现有技术中测量精度低的技术问题，从而提供一种精度较高的基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪。本技术技术方案是：一种基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，其特征在于，包括光纤弹性薄片夹具4和受力变形体，非本征法布里珀罗干涉EFPI光纤传感器和FBG光纤温度传感器。所述光纤弹性薄片夹具4固定在所述外壳上并分别夹持住所述弹性薄片3两端。所述弹性薄片3对着光纤端面的一面为反光面，并且所述外壳伸缩时能够使所述弹性薄片3受所述外壳轴向的挤压力而发生压杆失稳导致的弹性形变，从而使弹性薄片3中点处的挠度发生变化；弹性杆11连接到传感器顶部的重物10，重物10连接弹性薄片3。所述光纤1被光纤保护套2保护，且从所述外壳上伸入外壳内并对准所述弹性薄片3反光面的中间位置。所述EFPI光纤传感器和FBG光纤温度传感器均设置在所述光纤的端部，EFPI光纤传感器测量弹性薄片3中间位置的挠度，FBG光纤温度传感器测量温度。上述方案中，所述光纤弹性薄片夹具4与所述弹性薄片3两端为铰接或者刚性连接。弹性薄片3受到轴向压力的载荷的计算方法为，其中抗弯刚度为EI=Ewt3/12，Pcr为轴向载荷，所述弹性薄片3的长度为l，宽度为w，厚度为t，弹性模量为E，μ与边界条件有关，两端铰接，μ=1，两端刚接，μ=0.5。本技术提供一种基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，包括光纤，光纤保护套，弹性薄片，弹性薄片夹具，重物，弹性杆，铰，直线运动轴承和FBG光纤温度传感器。所述受力变形体形成有密封的容纳腔，并在发生倾斜后，重物发生水平移动，轴线拉伸或压缩弹性薄片，从而导致弹性薄片发生轴向位移；所述两个夹具一个固定在受力变形体密封腔内的底部，一个固定在密封腔内的顶部，并分别夹持住所述弹性薄片两端；所述弹性薄片沿着所述外壳的轴向设置在所述容纳腔内，对着光纤端面的一面为反光面，并且所述膜片中心发生位移时时能够使所述弹性薄片受轴向的挤压力而发生弹性形变；所述光纤从所述外壳上伸入并对准所述弹性薄片反光面的中间位置；优选地，本技术的基于法布里-珀罗原理的倾斜仪，所述夹具与所述弹性薄片两端为铰接或者刚性连接。包括以下步骤:发生倾斜后，通过弹性杆连接到传感器顶部的重物在重力作用下相对顶部发生移动，使弹性杆发生弯曲，重物移动产生的水平力作用到弹性薄片上，使其沿着轴线方向有一定的拉伸或压缩量，由于弹性薄片已经失稳，因此，这个压缩量会导致弹性薄片的中点发生很大的挠度变化，挠度变化量一般为轴向拉伸或压缩量的6倍以上，从而改变了弹性薄片中点到光纤端面的距离，即改变了EFPI传感器的腔长。通过腔长的改变量与倾斜量大小之间的关系进行标定，即可做成倾斜仪。一般情况下，发生倾斜后，通过控制弹性杆的刚度可以调节重物的最大移动量，发生同样的倾斜量时，弹性杆刚度越大，重物的移动量越小。重物的最大移动量通常较小，不超过±1mm。通过测量弹性薄片挠度的变化量来反映倾斜量的大小。通过EFPI光纤传感器测量弹性薄片中间位置的挠度，使用FBG光纤温度传感器测量温度；根据测量得到的温度和挠度得到待检测的倾斜量的大小。优选地，本技术的基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，薄片受压失稳的的计算公式为，其中抗弯刚度为EI=Ewt3/12，Pcr为轴向载荷，所述弹性薄片的长度为l，宽度为w，厚度为t，弹性模量为E，μ与边界条件有关，两端铰接，μ=1，两端刚接，μ=0.5。由于薄片的厚度t非常小，所以失稳的荷载Pcr很小。相对于现有技术，本技术具有以下优点：本技术的基于法布里-珀罗与压杆原理的倾斜仪的基本原理是利用薄片在失稳以后的工况下，压缩量与中间位置挠度之间的关系来放大倾斜量变化后，重物的水平移动距离，从而达到高精度的监测倾斜量的大小。通过压杆原理，可以使很小的轴向位移（即受倾斜量变形体顶部和底部中心点的相对移动距离）变成很大的法向位移，通常情况下，放大倍数可以达到6倍以上，因而可以极大地缩短整个测量装置的总长度并且确保测量精度。同时本技术的测量装置的工作温度可以在-40-90℃之间，可测量静倾斜量和动倾斜量的大小和环境温度。不会受任何电磁信号的干扰，温差很大时，可以通过FBG读取的温度进行温度补偿。附图说明为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术的原理示意图。图2是本技术的结构示意图。图3是图1工况中，中点法向最大挠度ymax与轴向压杆位移x之间的关系曲线图。图4是图1工况中，中点法向最大挠度ymax对x的导数与轴向位移x之间的关系曲线图。图5是两端为铰接时，本技术的原理示意图。附图标记说明：图1、2、5中：1-光纤（端部有FBG），2-光纤保护套，3-弹性薄片，4-弹性薄片的夹具，5-传感器框架，6-固定传感器的顶面，7-直线运动轴承，8-推动杆，9-铰，10-重物，11-弹性杆。具体实施方式下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本技术提供了一种基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，方案如图1、图2、图5所示：包括光纤1，光纤保护套2，弹性薄片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于法布里‑珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，其特征在于，包括光纤弹性薄片夹具（4）和受力变形体，非本征法布里珀罗干涉EFPI光纤传感器和FBG光纤温度传感器；所述光纤弹性薄片夹具（4）固定在外壳上并分别夹持住弹性薄片（3）两端；所述弹性薄片（3）对着光纤端面的一面为反光面，并且所述外壳伸缩时能够使所述弹性薄片（3）受所述外壳轴向的挤压力而发生压杆失稳导致的弹性形变，从而使弹性薄片（3）中点处的挠度发生变化；弹性杆（11）连接到传感器顶部的重物（10），重物（10）连接弹性薄片（3）；所述光纤（1）被光纤保护套（2）保护，且从所述外壳上伸入外壳内并对准所述弹性薄片（3）反光面的中间位置；所述EFPI光纤传感器和FBG光纤温度传感器均设置在所述光纤的端部，EFPI光纤传感器测量弹性薄片（3）中间位置的挠度，FBG光纤温度传感器测量温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于法布里-珀罗和压杆失稳原理的倾斜仪，其特征在于，包括光纤弹性薄片夹具（4）和受力变形体，非本征法布里珀罗干涉EFPI光纤传感器和FBG光纤温度传感器；所述光纤弹性薄片夹具（4）固定在外壳上并分别夹持住弹性薄片（3）两端；所述弹性薄片（3）对着光纤端面的一面为反光面，并且所述外壳伸缩时能够使所述弹性薄片（3）受所述外壳轴向的挤压力而发生压杆失稳导致的弹性形变，从而使弹性薄片（3）中点处的挠度发生变化；弹性杆（11）连接到传感器顶部的重物（10），重物（10）连接弹性薄片（3）；所述光纤（1）被光纤保护套（2）保护，且从所述外壳上伸入外壳内并对准所述弹性薄片（3）反光面的中间位置；...

【专利技术属性】
技术研发人员：路振刚，陈昌林，孟继慧，衣传宝，陈艺征，王永峰，苗强，寇桐华，赵阳，王长营，王兴隆，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网新源控股有限公司，松花江水力发电有限公司丰满大坝重建工程建设局，
类型：新型
国别省市：北京,11