本实用新型专利技术涉及一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器，其特征在于：包括两块表面均安装有光纤光栅的双栅区传感器弹性片、用于固定至被测轴上的两个固定卡环以及分别相对安装到两个固定卡环上的两块固定基片，两块固定基片的配合端分别设置有彼此相互呈反对称交错式组合的两个三叉型感应基片，两块传感器弹性片分别安装在两个三叉型感应基片组合的上下表面，所述三叉型感应基片包括设置在两块固定基片相对的一侧侧壁上的中间感应分支以及对称设置在中间感应分支左右两侧的侧感应分支。本实用新型专利技术提供了一种恶劣环境下耐腐蚀性强、使用寿命长且可靠性高的叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器。
【技术实现步骤摘要】
一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器
本技术涉及一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器。
技术介绍
对船舶、水下运载器、潜水器、海洋钻井平台等设备的动力参数进行长期监测具有重要的安全意义和经济价值，其中对这些设备的动力轴系统进行扭矩的准确测量是其关键技术之一，卡环式扭矩测量仪是较常用的技术手段，目前此类扭矩测量仪上使用的扭矩传感器为传统的电阻式传感器，然而这些设备的动力轴系统常工作在水下潮湿环境中，并且受到环境腐蚀，传统的电类传感器工作在此类环境下可靠性具有很大局限性，光纤光栅传感器以其独特的优势如抗电磁干扰、耐腐蚀能力强、易于组建大型的传感网络等，为恶劣环境尤其是高湿环境下的扭矩测量提供了新的技术途径，为卡环式扭矩测量仪研制基于光纤光栅的扭矩传感器具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于为卡环式扭矩测量仪提供一种恶劣环境下耐腐蚀性强、使用寿命长且可靠性高的光纤光栅扭矩传感器。本技术的技术方案是这样实现的：一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器，其特征在于：包括两块表面均安装有光纤光栅的双栅区传感器弹性片、用于固定至被测轴上的两个固定卡环以及分别相对安装到两个固定卡环上的两块固定基片，两块固定基片的配合端分别设置有彼此相互呈反对称交错式组合的两个三叉型感应基片，两块传感器弹性片分别安装在两个三叉型感应基片组合的上下表面，所述三叉型感应基片包括设置在两块固定基片相对的一侧侧壁上的中间感应分支以及对称设置在中间感应分支左右两侧的侧感应分支。通过采用上述技术方案，两个固定卡环预先安装到被测轴的外壁上，两块固定基片分别相对安装到两个固定卡环上，在两块固定基片的配合端分别设置有彼此相互呈叉型共轭结构的两个三叉型感应基片，即三叉型感应基片的中间感应分支与另一个三叉型感应基片的两块侧感应分支位于同一平面，两块传感器弹性片分别安装在两个三叉型感应基片上下表面，传感器弹性片分别与三叉型感应基片的中间感应分支及另一个三叉型感应基片的两块侧感应分支固定连接，传感器弹性片的两个栅区分别位于三叉型感应基片的中间感应分支与另一个三叉型感应基片的两块侧感应分支之间，在测量的过程中，传感器弹性片的两个栅区测得的横向位移量大小相等，方向相反，可以组成外差式的测量系统，实现传感器的温度补偿，两个三叉型感应基片上下表面一共四个栅区，可以组成光纤光栅全桥光路，达到类似惠斯顿电桥的效果，通过两块双栅区传感器弹性片测得的横向位移量取平均值，即可提高实际测量的准确性，可靠性高，本技术结构简单，并可以直接替换卡环式扭矩测量仪上原来的电阻式传感器，升级成本低且能够自动补偿温度变化的影响，本技术提供了一种恶劣环境下耐腐蚀性强、使用寿命长且可靠性高的叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器。关于自动补偿温度变化的影响，以下进行说明：以其中一个弹性片为例，被测轴上传递扭矩T时，两个固定卡环之间发生切向相对位移Δx，该位移与扭矩值成正比，即T＝kΔx，其中k为确定常数，传感器弹性片上的一个栅区测得相对位移Δx，中心波长变化量为Δλ1，另一个栅区测得相对位移-Δx，中心波长变化量Δλ2，两个光栅的温度变化量都为ΔT，则有Δλ1＝kxΔx+kTΔT，Δλ2＝kx(-Δx)+kTΔT，其中kx、kT分别是光纤光栅对位移、温度的灵敏度系数，两式相减即可得到：Δλ1-Δλ2＝2kxΔx，整理得：代入前式，即可见该测量方法自动消除了温度变化带来的影响，使用两个弹性片，共四个栅区可进一步消除由加工等因素引起的结构不对称性带来的误差。本技术进一步设置为：所述中间感应分支及两块侧感应分支呈品字形分布设置在固定基片侧壁上。通过采用上述技术方案，中间感应分支及两块侧感应分支呈品字形分布设置在固定基片侧壁上，从而在两个三叉型感应基片彼此相互连接呈叉型共轭结构时，两块中间感应分支及四块侧感应分支可以组成两组外差式测量系统，确保光纤光栅扭矩传感器测量值的准确度。本技术进一步设置为：所述中间感应分支和两块侧感应分支上均设置有用于安装传感器弹性片的螺纹安装孔，所述传感器弹性片上对应设置有若干配合固定孔，所述传感器弹性片通过螺钉穿过配合固定孔后旋入螺纹安装孔中分别固定在中间感应分支和两块侧感应分支上。通过采用上述技术方案，为了方便对传感器弹性片的安装拆卸，在中间感应分支和两块侧感应分支上均设置有用于安装传感器弹性片的螺纹安装孔，传感器弹性片上对应设置有若干配合固定孔，传感器弹性片在安装时，通过将传感器弹性片放置到两个三叉型感应基片上下表面后，操作将螺钉穿过配合固定孔后旋入到螺纹安装孔中，分别对应将传感器弹性片固定到位于固定基片上的中间感应分支和另一块固定基片上的两块侧感应分支上。本技术进一步设置为：两个固定卡环彼此相互平行间隔安装在被测轴外壁上。通过采用上述技术方案，将两个固定卡环彼此相互平行间隔安装在被测轴外壁上，用于精确传递被测轴转动的扭矩，保证光纤光栅扭矩传感器测量的准确性。本技术进一步设置为：所述固定基片上设置有安装孔，所述固定卡环上设置有固定螺孔，所述固定基片通过定位螺钉穿过安装孔后旋入到固定螺孔中将固定基片固定在固定卡环上。通过采用上述技术方案，为了进一步方便对固定基片的安装固定，在固定卡环上设置有固定螺孔，固定基片放置到固定卡环上之后，通过定位螺钉穿过安装孔后旋入到固定螺孔中后，将固定基片固定在固定卡环上。本技术进一步设置为：所述固定卡环包括塑性抱紧段以及一体成型于塑性抱紧段两端的第一配合段和第二配合段，所述第一配合段上设置有圆孔，所述第二配合段上设置有带内螺纹的安装孔，所述第一配合段上铰接有用于配合圆孔和安装孔对第一配合段和第二配合段进行紧固的固定组件。通过采用上述技术方案，为了进一步便于对固定卡环进行安装固定，将固定卡环设置为包括塑性抱紧段以及一体成型于塑性抱紧段两端的第一配合段和第二配合段，在安装时，将塑性抱紧段弯曲使其贴紧被测轴外环壁形成圆环形，位于塑性抱紧段两端的第一配合段和第二配合段相互贴合，并通过铰接在第一配合段上的固定组件，配合分别设置在第一配合段上的圆孔以及设置在第二配合段上的安装孔对第一配合段和第二配合段进行紧固，安装简便高效。本技术进一步设置为：所述固定组件包括U型连接头和螺栓，所述U型连接头的开口端与第一配合段铰接，所述U型连接头上设置有螺孔，所述螺栓转动设置在螺孔中。通过采用上述技术方案，在安装时，将塑性抱紧段弯曲使其贴紧被测轴外环壁形成圆环形，位于塑性抱紧段两端的第一配合段和第二配合段相互贴合，通过旋转转动设置在螺孔中的螺栓，使螺栓的螺纹端穿过圆孔后旋入到安装孔中，对第一配合段和第二配合段进行紧固，拆卸时，旋转螺栓使螺栓从安装孔和圆孔中退出，螺栓可以旋在螺孔中，避免遗失的同时，便于需要安装时的使用。本技术进一步设置为：所述圆孔深度和安装孔深度比值为1：3。通过采用上述技术方案，为了进一步提高对固定卡环的安装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器，其特征在于：包括两块表面均安装有光纤光栅的双栅区传感器弹性片、用于固定至被测轴上的两个固定卡环以及分别相对安装到两个固定卡环上的两块固定基片，两块固定基片的配合端分别设置有彼此相互呈反对称交错式组合的两个三叉型感应基片，两块传感器弹性片分别安装在两个三叉型感应基片组合的上下表面，所述三叉型感应基片包括设置在两块固定基片相对的一侧侧壁上的中间感应分支以及对称设置在中间感应分支左右两侧的侧感应分支。/n
【技术特征摘要】
1.一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器，其特征在于：包括两块表面均安装有光纤光栅的双栅区传感器弹性片、用于固定至被测轴上的两个固定卡环以及分别相对安装到两个固定卡环上的两块固定基片，两块固定基片的配合端分别设置有彼此相互呈反对称交错式组合的两个三叉型感应基片，两块传感器弹性片分别安装在两个三叉型感应基片组合的上下表面，所述三叉型感应基片包括设置在两块固定基片相对的一侧侧壁上的中间感应分支以及对称设置在中间感应分支左右两侧的侧感应分支。
2.根据权利要求1所述的一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器，其特征在于：所述中间感应分支及两块侧感应分支呈品字形分布设置在固定基片侧壁上。
3.根据权利要求2所述的一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器，其特征在于：所述中间感应分支和两块侧感应分支上均设置有用于安装传感器弹性片的螺纹安装孔，所述传感器弹性片上对应设置有若干配合固定孔，所述传感器弹性片通过螺钉穿过配合固定孔后旋入螺纹安装孔中分别固定在中间感应分支和两块侧感应分支上。
4.根据权利要求1所述的一种叉型共轭结构的光纤光栅扭矩传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：江舒，苑翼飞，李涛，莫涯，杨翰，
申请(专利权)人：衢州学院，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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。