本實(shí)用新型涉及結(jié)構(gòu)傾角測(cè)量及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能測(cè)量二維傾斜角的光纖光柵傾角傳感器。

背景技術(shù)：

傾角傳感器在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用非常廣泛，各種大型建筑物諸如大廈、橋梁、斜坡和隧道都要經(jīng)常監(jiān)測(cè)它們的傾斜角度，另外也可以將其應(yīng)用在飛行器的電子羅盤，水平平臺(tái)的靜態(tài)自矯正以及肢體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)檢測(cè)等實(shí)際領(lǐng)域。近年來(lái)隨著光纖傳感技術(shù)的成熟和發(fā)展，基于光纖光柵的傾角傳感器逐漸引起了人們的興趣。與傳統(tǒng)的傾角傳感器相比，光纖光柵傾角傳感器具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、復(fù)用能力強(qiáng)、可以實(shí)現(xiàn)分布式在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的日應(yīng)用前景。

中國(guó)發(fā)明專利CN201410477101.8中，公布了一種活塞式水銀光纖Bragg光柵傾角傳感器及其使用方法，該傳感器結(jié)構(gòu)包括水銀柱金屬殼、水銀、水銀柱支撐架、外殼、光纖引出孔、導(dǎo)出光纖、傳壓活塞、光纖光柵、等強(qiáng)度懸臂梁、底座等，將水銀填充滿水銀柱金屬殼內(nèi)，水銀通過(guò)傳壓活塞密閉于水銀柱金屬殼，水銀柱金屬殼由水銀柱支撐架固定在外殼內(nèi)，外殼焊接在底座上方，傳壓活塞下端連接傳力桿的上端，傳力桿的下端連接等強(qiáng)度懸臂梁的自由端，光纖Bragg光柵粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁上下兩壁，等強(qiáng)度懸臂梁右端固定于懸臂梁支撐柱上，導(dǎo)出光纖通過(guò)光纖引出孔引出并與外接光纜相連接，光纖引出孔用環(huán)氧樹脂封閉，懸臂梁支撐柱焊接在外殼內(nèi)的底部。該傾角傳感器根據(jù)粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁上下兩壁的光纖光柵中心反射波長(zhǎng)差值與傳感器傾角的關(guān)系式可以計(jì)算出傳感器被測(cè)對(duì)象的傾角變化。雖然可以提高傾角傳感器的靈敏度和測(cè)量范圍，但是水銀熱脹冷縮而且易揮發(fā)需要較高的封裝技術(shù)。另外，該傾角傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且比較笨重，影響其實(shí)用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種能高精度測(cè)量二維傾斜角的光纖光柵傾角傳感器。

本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種能測(cè)量二維傾斜角的光纖光柵傾角傳感器，包括殼體，所述殼體的下端面中心設(shè)有質(zhì)量球，所述質(zhì)量球能在殼體內(nèi)滑動(dòng)，所述質(zhì)量球的兩側(cè)對(duì)稱固接一V形金屬結(jié)構(gòu)，所述殼體的下端面兩側(cè)均設(shè)有一相同結(jié)構(gòu)的等強(qiáng)度懸臂梁，所述V形金屬結(jié)構(gòu)和等強(qiáng)度懸臂梁相接觸，所述等強(qiáng)度懸臂梁能彎曲，兩等強(qiáng)度懸臂梁的外側(cè)分別固接一懸臂梁支撐柱，兩懸臂梁支撐柱的結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱，兩懸臂梁支撐柱的另一側(cè)均固接在殼體的內(nèi)側(cè)，所述等強(qiáng)度懸臂梁上均黏貼有光纖光柵。

進(jìn)一步，所述V形金屬結(jié)構(gòu)的頂角與質(zhì)量球固接，V形金屬結(jié)構(gòu)的兩底角分別與兩等強(qiáng)度懸臂梁的一端相接觸。

進(jìn)一步，所述等強(qiáng)度懸臂梁的長(zhǎng)度與殼體的寬度相適配，等強(qiáng)度懸臂梁與兩V形金屬結(jié)構(gòu)的各一邊構(gòu)成一等腰三角形，等腰三角形的兩底角與殼體的內(nèi)側(cè)相接觸。

進(jìn)一步，所述等強(qiáng)度懸臂梁與兩V形金屬結(jié)構(gòu)的各一邊構(gòu)成一鈍角三角形。

進(jìn)一步，所述懸臂梁支撐柱與等強(qiáng)度懸臂梁構(gòu)成T形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述懸臂梁支撐柱固接在等強(qiáng)度懸臂梁的中間。

進(jìn)一步，所述殼體為上端面開口的長(zhǎng)方體金屬結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述V形金屬結(jié)構(gòu)通過(guò)一根金屬片沿中心處彎曲折疊而成。

進(jìn)一步，所述等強(qiáng)度懸臂梁是由柔韌性好的金屬材料制成，等強(qiáng)度懸臂梁的兩端結(jié)構(gòu)相同且相互對(duì)稱。

進(jìn)一步，所述光纖光柵在黏貼前進(jìn)行了預(yù)拉伸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝和重復(fù)使用，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，適用范圍廣泛；采用波長(zhǎng)解碼技術(shù)，避免了光源功率和損耗對(duì)測(cè)量的影響，適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；采用等強(qiáng)度懸臂梁結(jié)構(gòu)，可以增大傳感器的測(cè)量量程，而且，避免了光纖光柵懸空安裝帶來(lái)的損耗；采用質(zhì)量球和V形金屬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二維傾角的測(cè)量，靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍大，線性度好，抗電磁干擾，易組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式在線監(jiān)測(cè)，適用于復(fù)雜惡劣的環(huán)境。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例平衡的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例向西傾斜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例向南傾斜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)：1-殼體、2-質(zhì)量球、3-V形金屬結(jié)構(gòu)、4-等強(qiáng)度懸臂梁、5-懸臂梁支撐柱、6-光纖光柵、7-導(dǎo)出光纖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種能測(cè)量二維傾斜角的光纖光柵傾角傳感器，包括殼體1，在一實(shí)施例中，殼體1為上端面開口的長(zhǎng)方體金屬結(jié)構(gòu)。

殼體1的下端面中心設(shè)有質(zhì)量球2，質(zhì)量球2能在殼體1內(nèi)滑動(dòng)，質(zhì)量球2的兩側(cè)對(duì)稱固接一V形金屬結(jié)構(gòu)3，殼體1的下端面兩側(cè)均設(shè)有一相同結(jié)構(gòu)的等強(qiáng)度懸臂梁4，V形金屬結(jié)構(gòu)3和等強(qiáng)度懸臂梁4相接觸，等強(qiáng)度懸臂梁4能彎曲，在一實(shí)施例中，V形金屬結(jié)構(gòu)3通過(guò)一根金屬片沿中心處彎曲折疊而成，V形金屬結(jié)構(gòu)3的頂角與質(zhì)量球2固接，V形金屬結(jié)構(gòu)3的兩底角分別與兩等強(qiáng)度懸臂梁4的同一端相接觸，在一最佳實(shí)施例中，等強(qiáng)度懸臂梁4的長(zhǎng)度與殼體1的寬度相適配，等強(qiáng)度懸臂梁4與兩V形金屬結(jié)構(gòu)3的各一邊構(gòu)成一等腰三角形，等腰三角形的兩底角與殼體1的內(nèi)側(cè)相接觸，等強(qiáng)度懸臂梁4與兩V形金屬結(jié)構(gòu)3的各一邊構(gòu)成一鈍角三角形。

兩等強(qiáng)度懸臂梁4的外側(cè)分別固接一懸臂梁支撐柱5，兩懸臂梁支撐柱5的結(jié)構(gòu)相同且對(duì)稱，兩懸臂梁支撐柱5的另一側(cè)均固接在殼體1的內(nèi)側(cè)，在一實(shí)施例中，等強(qiáng)度懸臂梁4是由柔韌性好的金屬材料制成，等強(qiáng)度懸臂梁4的兩端結(jié)構(gòu)相同且強(qiáng)度相同，懸臂梁支撐柱5固接在等強(qiáng)度懸臂梁4的中間，懸臂梁支撐柱5與等強(qiáng)度懸臂梁4構(gòu)成T形結(jié)構(gòu)。等強(qiáng)度懸臂梁4上均黏貼有光纖光柵6，光纖光柵6在黏貼前進(jìn)行了預(yù)拉伸。

請(qǐng)參考圖1，光纖光柵傾角傳感器平衡時(shí)，質(zhì)量球2處于平衡狀態(tài)，不發(fā)生滑動(dòng)。

光纖光柵傾角傳感器傾斜時(shí)，光纖光柵傾角傳感器可測(cè)量向東西南北任一方向傾斜的傾斜角。

請(qǐng)參考圖2，以向西傾斜為例，質(zhì)量球2在殼體1內(nèi)向光纖光柵傾角傳感器傾斜方向滑動(dòng)，即質(zhì)量球2在殼體內(nèi)向西滑動(dòng)，質(zhì)量球2帶動(dòng)V形金屬結(jié)構(gòu)3的西側(cè)部分發(fā)生滑動(dòng)，V形金屬結(jié)構(gòu)3的西側(cè)部分的整體滑動(dòng)帶動(dòng)與之相接觸的等強(qiáng)度懸臂梁4發(fā)生彎曲，等強(qiáng)度懸臂梁4的彎曲帶動(dòng)黏貼在其上的光纖光柵6沿軸向拉伸，光纖光柵6的拉伸使光纖光柵6的中心反射波長(zhǎng)發(fā)生改變，通過(guò)光纖光柵解調(diào)儀測(cè)得光纖光柵6的反射波長(zhǎng)變化量，從而可以計(jì)算出光纖光柵傾角傳感器所測(cè)對(duì)象的傾斜角。

向東傾斜與向西傾斜的過(guò)程相類似。

請(qǐng)參考圖3，以向南傾斜為例，質(zhì)量球2在殼體1內(nèi)向光纖光柵傾角傳感器傾斜方向滑動(dòng)，即質(zhì)量球2在殼體內(nèi)向南滑動(dòng)，質(zhì)量球2帶動(dòng)南側(cè)的V形金屬結(jié)構(gòu)3發(fā)生形變，南側(cè)V形金屬結(jié)構(gòu)3的形變帶動(dòng)與之相接觸的等強(qiáng)度懸臂梁4發(fā)生彎曲，等強(qiáng)度懸臂梁4的彎曲帶動(dòng)分別黏貼在其上的光纖光柵6沿軸向拉伸，光纖光柵6的拉伸使光纖光柵6的中心反射波長(zhǎng)發(fā)生改變，通過(guò)光纖光柵解調(diào)儀測(cè)得光纖光柵6的反射波長(zhǎng)變化量，從而可以計(jì)算出光纖光柵傾角傳感器所測(cè)對(duì)象的傾斜角。

向北傾斜與向南傾斜的過(guò)程相類似。

本實(shí)用新型可以應(yīng)用在飛行器的電子羅盤，水平平臺(tái)的靜態(tài)自矯正以及肢體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)檢測(cè)等實(shí)際領(lǐng)域，不受電磁干擾，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，易實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)；采用波長(zhǎng)解碼技術(shù)，避免了光源功率和損耗對(duì)測(cè)量的影響，適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；采用等強(qiáng)度懸臂梁結(jié)構(gòu)，可以增大傳感器的測(cè)量量程，而且，避免了光纖光柵懸空安裝帶來(lái)的損耗。

在本文中，所涉及的東、西、南、北等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來(lái)定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。