本发明专利技术提供了一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，采用的光纤是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，在高铁受电弓中使用时具有很高的可靠性和稳定性，通过内部敏感元件光纤光栅反射的光信号的中心波长移动量来检测压力，实现了在高铁受电弓中稳定地检测压力的功能。本发明专利技术在一根光纤中写入两个光栅，同时实现了温度补偿、感知高铁受电弓的变化情况。本发明专利技术的光纤光栅形状感知传感器测量结果具有良好的重复性，便于构成各种形式的光纤传感网络，可用于外界参量的绝对测量，也可在一根光纤中写入多个光栅构成传感阵列，通过多个串联的传感器实现准分布式测量。布式测量。布式测量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器
[0001]本专利技术属于压力传感器
，具体涉及一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器。
技术介绍
[0002]压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，广泛应用于智能建筑、铁路交通、航空航天、水利水电、电力、船舶、机床、管道等众多行业。目前市场上的压力传感器从敏感元件上主要分为电阻应变式和光纤光栅式，电阻应变式压力传感器虽然具有精度高、测量范围广、使用寿命长、频率响应较好等优点，但易受电磁干扰，在一些易燃易爆、强电磁干扰等恶劣环境中，电阻应变式压力传感器的优点无法体现。光纤光栅式压力传感器作为近年快速发展起来的一种新型压力传感器件，克服了传统的电阻应变式压力传感器的不足，分辨率高，不受电磁干扰，广泛应用于各种复杂环境；现有的应用于受电弓的光纤光栅接触压力传感器在实际使用过程中，由于传动部位的接触，检测的数据容易出现偏差。
技术实现思路
[0003]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，用于在高铁受电弓中稳定地检测压力。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，包括外形为柱形的主体，主体的侧面设有凸台，凸台的上表面对称设有上下贯穿且左右贯穿的偶数个出纤保护孔，凸台的侧面对称设有与出纤保护孔贯穿的出纤孔；主体的上表面设有受力面，包括内受力面和环状包围在内受力面外侧的外受力面；内受力面的中间设有适配孔，适配孔的形状与需要配合的轴向结构的截面形状相同；内受力面和外受力面之间设有布纤槽；布纤槽内设有刻写在同一根光纤上的两段光纤光栅；布纤槽的两侧设有穿纤孔；主体的中部设有至少三个弹性铰链，其中两个弹性铰链为同向设置，另一个弹性铰链与两个同向设置的弹性铰链对向设置。
[0005]按上述方案，布纤槽包括第一布纤槽和第二布纤槽，光纤光栅包括第一光纤光栅和第二光纤光栅；第一布纤槽内设有第一光纤光栅，第一光纤光栅用于通过波长漂移检测压力变化情况；第二布纤槽内设有第二光纤光栅，第二光纤光栅用于通过波长漂移进行温度补偿。
[0006]进一步的，穿纤孔包括第一穿纤孔、第二穿纤孔和第三穿纤孔；第一穿纤孔和第二穿纤孔分别设置在第一光纤光栅的两端外侧，用于在设置第一光纤光栅的时候对光纤的两端进行挂重预拉升。
[0007]按上述方案，还包括输出光纤和光纤连接接头，作为光纤光栅压力传感器的光信号传输光纤。
[0008]进一步的，第二穿纤孔和第三穿纤孔之间的光纤及输出光纤的外部套装有软套管
或铠装光缆套管，用于连接出纤保护孔或保护输出光纤。
[0009]按上述方案，主体采用304不锈钢材料制成；光纤光栅为布拉格光栅光纤。
[0010]按上述方案，出纤保护孔包括第一出纤保护孔和第二出纤保护孔；出纤孔包括第一出纤孔和第二出纤孔。
[0011]一种用于制造基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器的方法，包括以下步骤：
[0012]S1：通过线切割和铣削加工和制作外形为柱形的主体，主体的侧面设有凸台，凸台的上表面对称设有上下贯穿且左右贯穿的偶数个出纤保护孔，凸台的侧面对称设有与出纤保护孔贯穿的出纤孔；主体的上表面设有受力面，包括内受力面和环状包围在内受力面外侧的外受力面；内受力面的中间设有适配孔，适配孔的形状与需要配合的轴向结构的截面形状相同；内受力面和外受力面之间设有第一布纤槽和第二布纤槽；第一布纤槽的两端设有第一穿纤孔和第二穿纤孔，第二布纤槽的一端设有第三穿纤孔；主体的中部设有至少三个弹性铰链，其中两个弹性铰链为同侧设置，另一个弹性铰链与两个同向设置的弹性铰链对侧设置；
[0013]S2：在同一根光纤上刻写第一光纤光栅和第二光纤光栅；将光纤穿过第一穿纤孔和第二穿纤孔，使第一光纤光栅布设在第一布纤槽中；在第一光纤光栅的两端施加预张力，同时使用硅橡胶在第一光纤光栅的两端点胶，再用胶水粘接第一光纤光栅与第一布纤槽之间的间隙，硅橡胶用于防止胶水流失；
[0014]S3：第一光纤光栅粘接固化后，将光纤的另一端套上保护用的软管，并穿过第三穿纤孔，使第二光纤光栅伸出软管并布设在第二布纤槽内；将第二光纤光栅微微拱起，使其不受载荷力的影响，并按步骤S2的方法进行点胶并与第二布纤槽粘接。
[0015]一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力测量方法，包括以下步骤：
[0016]S1：将高铁受电弓的纵向轴装配到基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器的适配孔中；
[0017]S2：高铁受电弓上下移动接触到适配孔时，基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器的主体的内受力面和外受力面受到压力，将力分别传递给第一弹性铰链、第二弹性铰链和第三弹性铰链；弹性铰链产生形变使得光纤光栅的反射峰的波长漂移，光纤光栅压力传感器输出压力检测信号；
[0018]S3：当高铁受电弓离开适配孔时，第一弹性铰链、第二弹性铰链和第三弹性铰链恢复原状，光纤光栅的反射峰的波长恢复原状，光纤光栅压力传感器复位。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]1.本专利技术的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，采用的光纤是电绝缘、耐腐蚀的传输介质，不怕强电磁干扰，也不影响外界的电磁场，在高铁受电弓中使用时具有很高的可靠性和稳定性，通过内部敏感元件光纤光栅反射的光信号的中心波长移动量来检测压力，实现了在高铁受电弓中稳定地检测压力的功能。
[0021]2.本专利技术在一根光纤中写入两个光栅，同时实现了温度补偿、感知高铁受电弓的变化情况。
[0022]3.本专利技术的光纤光栅形状感知传感器测量结果具有良好的重复性，便于构成各种形式的光纤传感网络，可用于外界参量的绝对测量，也可在一根光纤中写入多个光栅构成传感阵列，通过多个串联的传感器实现准分布式测量。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术实施例的光纤槽布纤示意图。
[0025]图3是本专利技术实施例的弹性铰链示意图。
[0026]图中：1.基体；2.第一出纤保护孔；3.第二出纤保护孔；4.第一出纤孔；5.第二出纤孔；6.第一穿纤孔；7.第二穿纤孔；8.第三穿纤孔；9.第一布纤槽；10.第二布纤槽；11.第一弹性铰链；12.第二弹性铰链；13.第三弹性铰链；14.安装适配孔；15.内受力面；16.外受力面；17.第一光纤光栅；18.第二光纤光栅；19.光纤。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0028]参见图1，本专利技术的实施例包括基体1、第一出纤保护孔2、第二出纤保护孔3、第一出纤孔4、第二出纤孔5、第一穿纤孔6、第二穿纤孔7、第三穿纤孔8、第一布纤槽9、第二布纤槽10、第一弹性铰链11、第二弹性铰链12、第三弹性铰链13、安装适配孔14、内受力面15、外受力面16、第一光纤光栅17、第二光纤光栅18、光纤19。
[0029]基体1的中心位置设有安本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：包括外形为柱形的主体，主体的侧面设有凸台，凸台的上表面对称设有上下贯穿且左右贯穿的偶数个出纤保护孔，凸台的侧面对称设有与出纤保护孔贯穿的出纤孔；主体的上表面设有受力面，包括内受力面和环状包围在内受力面外侧的外受力面；内受力面的中间设有适配孔，适配孔的形状与需要配合的轴向结构的截面形状相同；内受力面和外受力面之间设有布纤槽；布纤槽内设有刻写在同一根光纤上的两段光纤光栅；布纤槽的两侧设有穿纤孔；主体的中部设有至少三个弹性铰链，其中两个弹性铰链为同侧设置，另一个弹性铰链与两个同侧设置的弹性铰链对侧设置。2.根据权利要求1所述的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：布纤槽包括第一布纤槽和第二布纤槽，光纤光栅包括第一光纤光栅和第二光纤光栅；第一布纤槽内设有第一光纤光栅，第一光纤光栅用于通过波长漂移检测压力变化情况；第二布纤槽内设有第二光纤光栅，第二光纤光栅用于通过波长漂移进行温度补偿。3.根据权利要求2所述的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：穿纤孔包括第一穿纤孔、第二穿纤孔和第三穿纤孔；第一穿纤孔和第二穿纤孔分别设置在第一光纤光栅的两端外侧，用于在设置第一光纤光栅的时候对光纤的两端进行预拉升。4.根据权利要求1所述的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：还包括输出光纤和光纤连接接头，作为光纤光栅压力传感器的光信号传输光纤。5.根据权利要求4所述的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：第二穿纤孔和第三穿纤孔之间的光纤及输出光纤的外部套装有软套管或铠装光缆套管，用于连接出纤保护孔或保护输出光纤。6.根据权利要求1所述的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：主体采用304不锈钢材料制成；光纤光栅为布拉格光栅光纤。7.根据权利要求1所述的一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器，其特征在于：出纤保护孔包括第一出纤保护孔和第二出纤保护孔；出纤孔包括第一出纤孔和第二出纤孔。8.一种用于制造权利要求1至...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁磊，宋志远，王焰，段细云，戴澍，童晓玲，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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