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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种能够测量倾斜方向的FBG倾角计，该新型FBG倾角计为圆柱形，其通体由外壳，配重，应变片，力学连接件，传感器支架等机械部件组成。外壳主要起着对内部敏感元器件的保护总用，并且外壳通过螺丝与传感器支架相连接，在这次的设计中，用金属应变片作为应变体，最大程度保证了运输过程中内部光栅不会被损坏。在整个设计中，力学连接件分别与水平方向以及竖直方向的夹角决定了倾角计的测斜范围，在这次的实用新型FBG倾角计中，光栅的波长会随着传感器本身的倾斜而发生规律的变化。通过对这些变化进行力学分析，能够计算出配重块相对于倾角计本身发生的相对倾斜从而得到所需要的测量的倾斜量。
    公开号:CN214333765U
    申请号:CN202120311743.6U
    申请日:2021-02-04
    公开日:2021-10-01
    发明作者:郭传臣；王哲；张翠敏；王鑫；李先斌；赵锐龙
    申请人:Tiezheng Testing Technology Co ltd；
    IPC主号:G01C9-00
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型专利属于传感技术领域，对传统FBG倾角计进行改装，采用悬挂式配重，使其能够更加精确的测量倾斜角度。
    [n0002] 近几年来，随着我国基础设施建设的不断完善，在高铁，航空，矿产，海洋等大量工程的快速发展。光纤光栅传感器凭借其耐腐蚀性强、测量精度高、抗干扰能力强、灵敏度高、使用寿命长等优点被广泛应用于各种工程建设等项目中。传统的倾角计在使用过程中存在精度低，易损坏等特点。经改进后的倾角计通过配重作用于两个粘贴光纤光栅的悬臂梁，大大降低了倾角计的损坏率，提升了其使用寿命。
    [n0003] 该实用新型解决了现有FBG倾角计的不足，在现有FBG倾角计的基础上进行了设计的优化，解决了传统倾角计体积大，测量精度低、易损坏等缺点。
    [n0004] 为了解决FBG倾角计测量方向的问题，该实用新型专利的设计方案围绕着如何使FBG倾角计在保持测量倾斜角度的同时能够对传感器内部的光纤光栅起一定防护作用。
    [n0005] 设计方案如下所示：
    [n0006] 一种能够测量倾斜方向的FBG倾角计，其通体由固定螺丝、应变片、出纤孔、核心件、防拆扣、外壳、挂绳、辅助应变片、配重组成，应变片和辅助应变片通过螺丝固定于核心件，且应变片和辅助应变片互相垂直；挂绳分别与应变片和辅助应变片末端绑扎，下方位置垂直悬挂配重；核心件通过固定螺丝和防拆扣与外壳进行固定；铠装光缆塞进出纤孔中。
    [n0007] 其特征是，该新型FBG倾角计为圆柱形，其通体由外壳，配重，应变片，力学连接件，传感器支架等机械部件组成。
    [n0008] 其特征是，倾角计外壳主要起着对内部敏感元器件的保护总用，并且外壳通过螺丝与传感器支架相连接，在这次的设计中，用金属应变片作为应变体，最大程度保证了运输过程中内部光栅不会被损坏。
    [n0009] 其特征是，在整个设计中，力学连接件分别与水平方向以及竖直方向的夹角决定了倾角计的测斜范围，在这次的实用新型FBG倾角计中，光栅的波长会随着传感器本身的倾斜而发生规律的变化。通过对这些变化进行力学分析，能够计算出配重块相对于倾角计本身发生的相对倾斜从而得到所需要的测量的倾斜量。
    [n0010] 其特征是，在倾角计中加入了自检辅助功能，通过对倾角计图纸进行力学分析，若通过计算得出两个应变片与配重在重力下所受合外力为零时，则该倾角计可正常使用。
    [n0011] K1F1Cos a=y1
    [n0012] 在上述公式中，y1代表了主光纤光栅波长变化量，K表示应变片随波长变化的系数，F1COSa表示在力学元器件在垂直应变片方向合力的大小。
    [n0013] K2F2Cos a=y2
    [n0014] 在上述公式中，y2代表了辅光纤光栅波长变化量，K2表示应变片随波长变化的系数，F1Cos a表示在力学元器件在垂直应变片方向合力的大小。并且当倾角计水平放置时：
    [n0015] F2=Tan a
    [n0016] 图1是倾角计装配图。
    [n0017] 图2是倾角计工作原理图。
    [n0018] 1、螺丝；2、应变片；3、出纤孔；4、核心件；5、防拆扣；6、外壳；7、挂绳；8、辅助应变片；9、配重； 10、螺丝；11、应变片；12、出纤孔；13、核心件；14、防拆扣；15、外壳；16、挂绳；17、辅助应变片；18、配重。
    [n0019] 接下面将结合图纸对倾角计做一个更加详细的介绍。
    [n0020] 如图1所示，在传感器外壳进行组装时，先将应变片2分别通过螺丝固定于核心件4上，并将定做的光栅分别附着于两个应变片2和8上，最后布置好挂绳7，悬挂配重9，将光栅从出纤孔3引出，然后将核心件4套入外壳6中，通过螺丝1固定，在传感器外侧有一豁口，代表了传感器的倾斜方向，并且在设计中，加入了一个防拆口5，安装后，核心件上的突起会卡进外壳提前加工好的凹槽内，防止倾角计由于人为拆卸导致损坏。
    [n0021] 在图1中，此时倾角计处于水平位置，应变片2受到的垂直方向的力为Mg，而辅助应变片8所受的轴向方向的力为F=Mg*Tan a。
    [n0022] 在装配时，先是在核心件4附上应变片，用红光笔检查光纤光栅是否完好，之后将挂绳7挂于应变片2顶端的小孔内，等布置好光栅后，将光纤光栅两端从出纤孔内引出，之后就可以将核心件4与外壳6固定在一起，安装完成后，则可以起到一定的防拆作用。
    [n0023] 最后，铠装空管可以塞进出纤孔3中，通过对出纤孔3涂抹密封胶，以及拧紧螺丝固定，在一定方面起到了保护光纤光栅的作用。
    [n0024] 该新型倾角计理论量程为a，由于光栅变化灵敏度高，使新制作的倾角计有着良好的分辨率。
    [n0025] 如图2所示，当倾角计向左侧倾斜b时，此时分别对应变片11和辅助应变片17做受力分析，设应变片11所受力为F1，辅助应变片17所受力为F2。在整个系统中F1*Cos a=Mg*Cos b，由此可以反推出并且当F1*Sin a+Mg*Sin b=F2时，则表明倾角计所测数据正常，否则需要重新对倾角计进行校准工作，必要时可拆开检查其内部组装，尽量确保倾角计的准确性。
    权利要求:
    Claims (1)
    [0001] 1.一种能够测量倾斜方向的FBG倾角计，其特征在于，其通体由固定螺丝（1）、应变片（2）、出纤孔（3）、核心件（4）、防拆扣（5）、外壳（6）、挂绳（7）、辅助应变片（8）、配重（9）组成，应变片（2）和辅助应变片（8）通过螺丝固定于核心件（4），且应变片（2）和辅助应变片（8）互相垂直；挂绳（7）分别与应变片（2）和辅助应变片（8）末端绑扎，下方位置垂直悬挂配重（9）；核心件（4）通过固定螺丝（1）和防拆扣（5）与外壳（6）进行固定；铠装光缆塞进出纤孔（3）中。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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