本發(fā)明屬于光纖光柵傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種新的基于光柵波長解調(diào)原理的應(yīng)變式張力圍欄傳感器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的張力圍欄傳感器，都是基于電學(xué)傳感器，抗干擾能力不強(qiáng)、壽命短、組網(wǎng)能力差，近年來，光纖光柵傳感技術(shù)飛躍發(fā)展，越來越受到各界人士的重視，其無源防爆性、抗電磁干擾性、抗污性、耐腐蝕性、易于分布式組網(wǎng)以及優(yōu)越的溫度適應(yīng)性和穩(wěn)定性等本證特性，加速了光纖光柵傳感技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是基于光柵波長解調(diào)原理的報警技術(shù)，在石油化工、電力、礦藏開發(fā)、通訊、大型倉儲、樓宇安防等領(lǐng)域的應(yīng)用。但現(xiàn)有的光纖光柵報警傳感器普遍都是基于振動原理的，整體安防系統(tǒng)搭建起來較復(fù)雜，且誤報漏報率偏高，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，豐富光纖光柵在安防報警領(lǐng)域的應(yīng)用，提供一種光纖光柵應(yīng)變式張力圍欄傳感器，實(shí)現(xiàn)張力圍欄的入侵、拉繩松弛、拉繩失效等多種狀態(tài)的監(jiān)測。

本發(fā)明為達(dá)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

提供一種基于光柵波長解調(diào)原理的應(yīng)變式張力圍欄傳感器，包括主軸、旋轉(zhuǎn)空間凸輪、差動彈簧機(jī)構(gòu)和等強(qiáng)度應(yīng)變片，該等強(qiáng)度應(yīng)變片上固定有光纖光柵；其中：

圍欄鋼絲繩部分繞設(shè)在主軸上；

旋轉(zhuǎn)空間凸輪套設(shè)在主軸上，并連接一旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)；該旋轉(zhuǎn)空間凸輪的上表面設(shè)有多個凹凸區(qū)間；當(dāng)圍欄鋼絲繩的狀態(tài)變化時，帶動主軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)空間凸輪也隨主軸轉(zhuǎn)動；

差動彈簧機(jī)構(gòu)通過一安裝支架設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)空間凸輪的上方，該差動彈簧機(jī)構(gòu)包括頂桿和滾輪，頂桿與等強(qiáng)度應(yīng)變片接觸，滾輪與該旋轉(zhuǎn)空間凸輪的上表面接觸。

本發(fā)明所述的傳感器中，該差動彈簧機(jī)構(gòu)還包括殼體和彈簧，彈簧豎直放置于該殼體中，且該殼體與安裝支架固定連接。

本發(fā)明所述的傳感器中，安裝支架為滑動安裝支架，套設(shè)在主軸上，沿主軸可上下自由移動。

本發(fā)明所述的傳感器中，該差動彈簧機(jī)構(gòu)還包括彈簧，彈簧一端為自由端，連接輪軸，輪軸上套設(shè)滾輪；彈簧的另一端也為自由端，連接頂桿；其中頂桿設(shè)置在該差動彈簧機(jī)構(gòu)的頂部，滾輪設(shè)置在該差動彈簧機(jī)構(gòu)的底部。

本發(fā)明所述的傳感器中，安裝支架為固定安裝支架，并與等強(qiáng)度應(yīng)變片固定連接。

本發(fā)明所述的傳感器中，所述彈簧套設(shè)在頂桿上，彈簧一端為自由端，連接輪軸，輪軸上套設(shè)滾輪；彈簧的另一端為固定端，與固定安裝支架連接。

本發(fā)明所述的傳感器中，該多個凹凸區(qū)間具體包括預(yù)張初始區(qū)域，該預(yù)張初始區(qū)域的一側(cè)設(shè)有張緊上限區(qū)域和入侵報警區(qū)域，該預(yù)張初始區(qū)域的另一側(cè)設(shè)有張緊下限區(qū)域、松弛報警區(qū)域和張拉失效區(qū)域。

本發(fā)明所述的傳感器中，所述旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)為扭簧，圍欄鋼絲繩起初處于預(yù)張緊狀態(tài)時，扭簧也處于預(yù)緊狀態(tài)。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明基于光柵波長解調(diào)原理的應(yīng)變式張力圍欄傳感器設(shè)置旋轉(zhuǎn)空間凸輪，并在其上表面設(shè)有多個凹凸區(qū)間；當(dāng)圍欄鋼絲繩的狀態(tài)變化時，旋轉(zhuǎn)空間凸輪隨主軸旋轉(zhuǎn)，通過差動彈簧機(jī)構(gòu)頂端傳遞給等強(qiáng)度應(yīng)變片的作用力隨之改變，等強(qiáng)度應(yīng)變片上產(chǎn)生的應(yīng)變也隨之變化，最終光纖光柵因應(yīng)變片表面應(yīng)變的變化而產(chǎn)生波長的漂移，光纖光柵波長解調(diào)儀就可以通過波長的變化而監(jiān)測張力圍欄鋼絲繩的狀態(tài)變化，從而判定張力圍欄所處狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)張力圍欄的入侵、拉繩松弛、拉繩失效等多種狀態(tài)的監(jiān)測。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于光柵波長解調(diào)原理的應(yīng)變式張力圍欄傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例旋轉(zhuǎn)空間凸輪的示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例旋轉(zhuǎn)空間凸輪輪廓軌跡曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于光柵波長解調(diào)原理的應(yīng)變式張力圍欄傳感器，該應(yīng)變式張力圍欄傳感器包括主軸1，旋轉(zhuǎn)空間凸輪2，差動彈簧機(jī)構(gòu)3，旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)4，安裝支架5，等強(qiáng)度應(yīng)變片6，光纖光柵7和圍欄鋼絲繩8，整體呈中心旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)4的作用主要是給旋轉(zhuǎn)空間凸輪2一個回復(fù)力，使其回到初始位置，旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)4可選用扭簧。

圍欄鋼絲繩8部分繞設(shè)在主軸上。旋轉(zhuǎn)空間凸輪2套設(shè)在主軸1上，并連接一旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)4；該旋轉(zhuǎn)空間凸輪2的上表面設(shè)有多個凹凸區(qū)間；當(dāng)圍欄鋼絲繩8的狀態(tài)變化時，帶動主軸1旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)空間凸輪2也隨主軸1轉(zhuǎn)動。各個凹凸區(qū)間對應(yīng)圍欄鋼絲繩不同的狀態(tài)變化區(qū)間。本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該多個凹凸區(qū)間具體包括預(yù)張初始區(qū)域，該預(yù)張初始區(qū)域的一側(cè)設(shè)有張緊上限和入侵報警區(qū)域，該預(yù)張初始區(qū)域的另一側(cè)設(shè)有張緊下限、松弛報警區(qū)域和張拉失效區(qū)域。

差動彈簧機(jī)構(gòu)3通過安裝支架5設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)空間凸輪2的上方，該差動彈簧機(jī)構(gòu)3包括頂桿和滾輪，頂桿與等強(qiáng)度應(yīng)變片6接觸，滾輪與該旋轉(zhuǎn)空間凸輪2的上表面接觸。安裝支架5為輕質(zhì)支架，如可選用輕質(zhì)的鋁合金。

該差動彈簧機(jī)構(gòu)3還包括殼體和彈簧，彈簧豎直放置于該殼體中，且該殼體與安裝支架固定連接。

如圖1所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，安裝支架5為滑動安裝支架，套設(shè)在主軸1上，沿主軸1可上下自由移動。差動彈簧機(jī)構(gòu)3還包括彈簧，彈簧一端為自由端，連接輪軸，輪軸上套設(shè)滾輪；彈簧的另一端也為自由端，連接頂桿；其中頂桿設(shè)置在該差動彈簧機(jī)構(gòu)3的頂部，滾輪設(shè)置在該差動彈簧機(jī)構(gòu)3的底部。該實(shí)施例中，通過彈簧將力傳遞給頂桿，再通過頂桿將力傳遞給等強(qiáng)度應(yīng)變片6。

本發(fā)明的另一實(shí)施例中，安裝支架5為固定安裝支架，并與等強(qiáng)度應(yīng)變片6固定連接。彈簧套設(shè)在頂桿上，彈簧一端為自由端，連接輪軸，輪軸上套設(shè)滾輪；彈簧的另一端為固定端，與固定安裝支架連接。與上一個實(shí)施例的區(qū)別在于彈簧只有一端為自由端，頂桿為剛性頂桿，通過剛性頂桿將力傳遞給等強(qiáng)度應(yīng)變片6。

圍欄鋼絲繩8起初處于預(yù)張緊狀態(tài)，即旋轉(zhuǎn)回復(fù)機(jī)構(gòu)4也處于預(yù)緊狀態(tài)，當(dāng)圍欄鋼絲繩8狀態(tài)變化時(受拉、松弛、斷裂)，旋轉(zhuǎn)空間凸輪2也隨之正反轉(zhuǎn)動，帶動差動彈簧機(jī)構(gòu)3底部的滾輪上下運(yùn)動，使得差動彈簧機(jī)構(gòu)3頂端傳遞給等強(qiáng)度應(yīng)變片6的作用力隨之改變，等強(qiáng)度應(yīng)變片6上產(chǎn)生的應(yīng)變也隨之變化，最終光纖光柵7因應(yīng)變片表面應(yīng)變的變化而產(chǎn)生波長的漂移，光纖光柵波長解調(diào)儀就可以通過波長的變化而監(jiān)測張力圍欄鋼絲繩8的狀態(tài)變化，從而判定張力圍欄所處狀態(tài)，系統(tǒng)完成安防監(jiān)測。

針對旋轉(zhuǎn)空間凸輪2作一個說明，如圖1、2所示，旋轉(zhuǎn)空間凸輪2的上表面的輪廓線上設(shè)有不同位置節(jié)點(diǎn)，其空間角度、相對高度、空間坡度均不一樣，用來區(qū)分圍欄鋼絲繩不同的狀態(tài)變化(受拉、松弛、斷裂)，其原理是：當(dāng)鋼絲繩處于初始預(yù)警狀態(tài)時，溫度及正常外力等因素會導(dǎo)致鋼絲繩產(chǎn)生正常范圍的張拉跳動，凸輪輪廓設(shè)計時，需屏蔽張拉跳動的影響；當(dāng)鋼絲繩受到入侵外力作用時，產(chǎn)生大的張拉位移，凸輪輪廓上在張拉方向須設(shè)有報警凸臺節(jié)點(diǎn)；當(dāng)鋼絲繩因固件松弛到一定程度，影響預(yù)報警功能時，凸輪輪廓上在松弛方向須設(shè)有張拉松弛報警凸臺節(jié)點(diǎn)；當(dāng)鋼絲繩受外力瞬間切斷時，鋼絲繩張拉失效，凸輪輪廓上在無張拉方向須設(shè)有張拉失效報警凸臺節(jié)點(diǎn)，且凸輪需迅速到達(dá)此節(jié)點(diǎn)；為了有效區(qū)分以上不同狀態(tài)，凸輪輪廓上的節(jié)點(diǎn)位置須有不同的節(jié)點(diǎn)高度、坡度。

凸輪輪廓曲線如圖3所示，其中O為圍欄安裝時的預(yù)張初始點(diǎn)，A為正常張緊上限，B為入侵報警截止點(diǎn)，A′為正常張緊下限，B′為松弛報警零界點(diǎn)，C′為張拉失效截止點(diǎn)，差動彈簧機(jī)構(gòu)3底部的接觸輪軸經(jīng)過上述不同節(jié)點(diǎn)位置時，都會產(chǎn)生不同的差動感應(yīng)，光纖光柵7產(chǎn)生不同的變化，使監(jiān)測系統(tǒng)的儀表能準(zhǔn)確無誤的監(jiān)測到圍欄鋼絲繩的狀態(tài)變化，從而作出正確的報警狀態(tài)輸出。凸輪輪廓曲線上的各個節(jié)點(diǎn)的區(qū)域范圍，矢量關(guān)系，須根據(jù)不同的應(yīng)用場合，靈活設(shè)計。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。