[实用新型]一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及结构倾角测量及光纤传感技术领域，尤其涉及一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器。

背景技术

倾角传感器在现实中的应用非常广泛，各种大型建筑物诸如大厦、桥梁、斜坡和隧道都要经常监测它们的倾斜角度，另外也可以将其应用在飞行器的电子罗盘，水平平台的静态自矫正以及肢体运动姿态检测等实际领域。近年来随着光纤传感技术的成熟和发展，基于光纤光栅的倾角传感器逐渐引起了人们的兴趣。与传统的倾角传感器相比，光纤光栅倾角传感器具有抗电磁干扰能力强、结构简单、测量精度高、长期稳定性好、复用能力强、可以实现分布式在线监测等优点，具有广阔的日应用前景。

中国发明专利CN201410477101.8中，公布了一种活塞式水银光纤Bragg光栅倾角传感器及其使用方法，该传感器结构包括水银柱金属壳、水银、水银柱支撑架、外壳、光纤引出孔、导出光纤、传压活塞、光纤光栅、等强度悬臂梁、底座等，将水银填充满水银柱金属壳内，水银通过传压活塞密闭于水银柱金属壳，水银柱金属壳由水银柱支撑架固定在外壳内，外壳焊接在底座上方，传压活塞下端连接传力杆的上端，传力杆的下端连接等强度悬臂梁的自由端，光纤Bragg光栅粘贴在等强度悬臂梁上下两壁，等强度悬臂梁右端固定于悬臂梁支撑柱上，导出光纤通过光纤引出孔引出并与外接光缆相连接，光纤引出孔用环氧树脂封闭，悬臂梁支撑柱焊接在外壳内的底部。该倾角传感器根据粘贴在等强度悬臂梁上下两壁的光纤光栅中心反射波长差值与传感器倾角的关系式可以计算出传感器被测对象的倾角变化。虽然可以提高倾角传感器的灵敏度和测量范围，但是水银热胀冷缩而且易挥发需要较高的封装技术。另外，该倾角传感器结构复杂且比较笨重，影响其实用性。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种能高精度测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器。

本实用新型的实施例提供一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器，包括壳体，所述壳体的下端面中心设有质量球，所述质量球能在壳体内滑动，所述质量球的两侧对称固接一V形金属结构，所述壳体的下端面两侧均设有一相同结构的等强度悬臂梁，所述V形金属结构和等强度悬臂梁相接触，所述等强度悬臂梁能弯曲，两等强度悬臂梁的外侧分别固接一悬臂梁支撑柱，两悬臂梁支撑柱的结构相同且对称，两悬臂梁支撑柱的另一侧均固接在壳体的内侧，所述等强度悬臂梁上均黏贴有光纤光栅。

进一步，所述V形金属结构的顶角与质量球固接，V形金属结构的两底角分别与两等强度悬臂梁的一端相接触。

进一步，所述等强度悬臂梁的长度与壳体的宽度相适配，等强度悬臂梁与两V形金属结构的各一边构成一等腰三角形，等腰三角形的两底角与壳体的内侧相接触。

进一步，所述等强度悬臂梁与两V形金属结构的各一边构成一钝角三角形。

进一步，所述悬臂梁支撑柱与等强度悬臂梁构成T形结构。

进一步，所述悬臂梁支撑柱固接在等强度悬臂梁的中间。

进一步，所述壳体为上端面开口的长方体金属结构。

进一步，所述V形金属结构通过一根金属片沿中心处弯曲折叠而成。

进一步，所述等强度悬臂梁是由柔韧性好的金属材料制成，等强度悬臂梁的两端结构相同且相互对称。

进一步，所述光纤光栅在黏贴前进行了预拉伸。

与现有技术相比，本实用新型结构简单，便于安装和重复使用，具有很强的实用性，适用范围广泛；采用波长解码技术，避免了光源功率和损耗对测量的影响，适合长期监测；采用等强度悬臂梁结构，可以增大传感器的测量量程，而且，避免了光纤光栅悬空安装带来的损耗；采用质量球和V形金属结构实现二维倾角的测量，灵敏度高，动态范围大，线性度好，抗电磁干扰，易组网实现分布式在线监测，适用于复杂恶劣的环境。

附图说明

图1是本实用新型一实施例平衡的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例向西倾斜的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例向南倾斜的结构示意图。

图中各标号：1-壳体、2-质量球、3-V形金属结构、4-等强度悬臂梁、5-悬臂梁支撑柱、6-光纤光栅、7-导出光纤。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种能测量二维倾斜角的光纤光栅倾角传感器，包括壳体1，在一实施例中，壳体1为上端面开口的长方体金属结构。