一種光纖光柵微位移傳感器及帶有該傳感器的機(jī)床立柱制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種光纖光柵微位移傳感器，包括底板、兩個(gè)側(cè)板、光纖固定臺(tái)、插銷、環(huán)體、單模光纖、光纖光柵和頂針；兩個(gè)側(cè)板分別固定設(shè)置在底板的兩側(cè)，且與底板垂直設(shè)置，底板的一端伸出側(cè)板外，并連接光纖固定臺(tái)；插銷垂直且轉(zhuǎn)動(dòng)連接在底板上，插銷的上端固定設(shè)有環(huán)體，環(huán)體上靠近光纖固定臺(tái)的一端設(shè)有連桿；單模光纖的中部環(huán)繞環(huán)體遠(yuǎn)離光纖固定臺(tái)的一側(cè)設(shè)置；本發(fā)明專利技術(shù)還涉及帶有該傳感器的機(jī)床立柱。本發(fā)明專利技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明專利技術(shù)的一種光纖光柵微位移傳感器及帶有該傳感器的機(jī)床立柱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，能滿足惡劣的工程應(yīng)用環(huán)境，且易于進(jìn)行系列化大批量生產(chǎn)，且能測(cè)量微米級(jí)和納米級(jí)位移，并能連續(xù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，具有較好的溫度補(bǔ)償效果。

Optical fiber grating micro displacement sensor and machine tool column with the sensor

The invention relates to a fiber grating micro displacement sensor, which comprises a bottom plate, two side plates and a fixed bolt, Taiwan, fiber ring body, single-mode fiber, fiber grating and thimbles; two side plates are respectively fixed on both sides of the bottom plate, and the bottom plate and is vertically arranged, one end of the bottom board is stretched out side, and connect the fixed optical fiber Taiwan; vertical and rotary bolt connected to the bottom plate, the bolt is fixed at the upper end is provided with a ring body, the ring body near one end of the optical fiber fixing platform is provided with a connecting rod; one side of the central fiber single-mode fiber fixed ring around the body away from the set; the invention also relates to a machine tool column with the sensor. The invention has the beneficial effects of the invention: a fiber grating micro displacement sensor and machine tool column, with the sensor has the advantages of simple structure, reliable operation, can satisfy the engineering application environment, and easy to carry out a series of mass production, and can measure micron and nanometer displacement, and continuous long-term monitoring that has better temperature compensation effect.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種光纖光柵微位移傳感器及帶有該傳感器的機(jī)床立柱
本專利技術(shù)涉及光纖傳感
，尤其涉及一種光纖光柵微位移傳感器及帶有該傳感器的機(jī)床立柱。
技術(shù)介紹
在科學(xué)研究與工程實(shí)踐中，位移測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)有的可進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)的位移測(cè)量技術(shù)主要包括電容式或電感式等電類位移測(cè)量技術(shù)、激光位移傳感器和激光干涉儀等激光位移測(cè)量技術(shù)，這些傳感器的位移測(cè)量精度都可以達(dá)到微米級(jí)，在科學(xué)研究與工程實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用。但是電類位移測(cè)量技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性較差，特別是在強(qiáng)電磁輻射環(huán)境中，其測(cè)試精度和信噪比會(huì)大大降低。激光位移測(cè)量傳感器價(jià)格昂貴，且對(duì)環(huán)境的潔凈度要求高，無法在粉塵等環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位移的高精度測(cè)量。光纖光柵是一種新型光纖傳感無源器件，具有體積小、重量輕、精度高、耐腐蝕、防爆、對(duì)電絕緣、抗電磁干擾、環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多參數(shù)的分布式測(cè)量和長(zhǎng)期遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)，因此在許多工程
得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，有大量的科研工作人員和工程技術(shù)人員研發(fā)出了不同形式的光纖光柵位移傳感器。英國(guó)SmartFiber公司研發(fā)的SmartBridge光纖光柵位移傳感器的位移測(cè)量精度僅為0.05mm(https://www.smartfibres.com/FBG-sensors)；美國(guó)MOI(Micronoptics)公司研發(fā)的OS5100型光纖光柵位移傳感器的位移測(cè)量精度為0.03mm(http://www.micronoptics.com/)；在光纖光柵解調(diào)儀的解調(diào)精度為±1pm的前提下，ChangyuShen等人研發(fā)了兩種懸臂梁型光纖光柵位移傳感器，測(cè)量精度分別為±20微米和±4微米(文獻(xiàn)“Noveltemperature-insensitivefiberBragggratingsensorfordisplacementmeasurement”，源自期刊“SensorsandActuatorsA：Physical”第170卷，2011年；文獻(xiàn)“ADisplacementSensorBasedonaTemperature-InsensitiveDoubleTrapezoidalStructureWithFiberBraggGrating”，源自期刊“IEEEsensorsjournal”第12卷第5期，2012年)；SitongTao等人則設(shè)計(jì)了一種薄壁環(huán)形光纖光柵溫度傳感器，測(cè)量精度達(dá)到±2微米(文獻(xiàn)“Temperature-insensitivefiberBragggratingdisplacementsensorbasedonathin-wallring”，源自期刊“OpticsCommunications”第372卷，2016年)。專利號(hào)為ZL200910026385.8的專利技術(shù)專利，公布了一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵位移傳感器，通過彈簧拉伸或壓縮兩只光纖光柵(細(xì)金屬管封裝)，采用了中間彈性體，其靈敏度和測(cè)試精度被降低；專利號(hào)為ZL201010127525.3的專利技術(shù)專利，公布了一種超精密光纖光柵位移傳感器，是以平行片簧為導(dǎo)軌的筒狀光纖光柵位移傳感器，可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)以及納米級(jí)位移的測(cè)量，但是無溫度補(bǔ)償措施，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)期可靠性存在問題。因此，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，溫度自補(bǔ)償?shù)母呔裙饫w光柵微位移傳感器，以滿足惡劣工程應(yīng)用環(huán)境中微小位移的長(zhǎng)期可靠監(jiān)測(cè)是亟待解決的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，能滿足惡劣的工程應(yīng)用環(huán)境，且易于進(jìn)行系列化大批量生產(chǎn)的光纖光柵微位移傳感器及帶有該傳感器的機(jī)床立柱。本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種光纖光柵微位移傳感器，包括底板、兩個(gè)側(cè)板、光纖固定臺(tái)、插銷、環(huán)體、單模光纖、光纖光柵和頂針；兩個(gè)側(cè)板分別固定設(shè)置在底板的兩側(cè)，且與底板垂直設(shè)置，底板的一端伸出側(cè)板外，并連接光纖固定臺(tái)，光纖固定臺(tái)與底板的一端垂直連接；插銷垂直且轉(zhuǎn)動(dòng)連接在底板上，插銷與底板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，插銷的一端固定設(shè)有環(huán)體，環(huán)體上靠近光纖固定臺(tái)的一端設(shè)有連桿，連桿與底板平行設(shè)置，連桿的一端與環(huán)體固定連接，連桿的另一端向光纖固定臺(tái)延伸，且設(shè)有頂針，頂針的一端與連桿的另一端垂直固定連接，另一端向側(cè)板方向延伸，并伸出側(cè)板外；單模光纖的中部環(huán)繞環(huán)體遠(yuǎn)離光纖固定臺(tái)的一側(cè)設(shè)置，并與環(huán)體固定連接，其兩端向光纖固定臺(tái)延伸，并與光纖固定臺(tái)固定連接，單模光纖的兩側(cè)分別設(shè)有光纖光柵，單模光纖與底板平行設(shè)置。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)的一種光纖光柵微位移傳感器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，能滿足惡劣的工程應(yīng)用環(huán)境，且易于進(jìn)行系列化大批量生產(chǎn)，且能測(cè)量微米級(jí)和納米級(jí)位移，并能連續(xù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，具有較好的溫度補(bǔ)償效果。進(jìn)一步：兩個(gè)光纖光柵以環(huán)體為中心對(duì)稱設(shè)置。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：檢測(cè)準(zhǔn)確。進(jìn)一步：底板為長(zhǎng)方形，插銷設(shè)置在底板長(zhǎng)度方向的中心線上。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：傳感器測(cè)量精密。進(jìn)一步：連桿靠近光纖固定臺(tái)一端的兩側(cè)分別設(shè)有彈簧，彈簧與底板平行設(shè)置，彈簧的一端與連桿固定連接，另一端與對(duì)應(yīng)的側(cè)板固定連接。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：兩個(gè)彈簧的拉伸或者壓縮形變相同，檢測(cè)準(zhǔn)確。進(jìn)一步：?jiǎn)文９饫w的兩端通過粘接劑與光纖固定臺(tái)固定連接；單模光纖的中部通過粘接劑與環(huán)體固定連接。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接穩(wěn)定。進(jìn)一步：底板上設(shè)有方便安裝傳感器的螺栓孔。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：方便安裝傳感器。進(jìn)一步：頂針的另一端設(shè)有硬質(zhì)測(cè)頭。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：檢測(cè)可靠。進(jìn)一步：一種帶有該傳感器的機(jī)床立柱，包括機(jī)床立柱本體、光纖光柵微位移傳感器和碳纖維管；機(jī)床立柱本體豎直設(shè)置，光纖光柵微位移傳感器固定設(shè)置在機(jī)床立柱本體側(cè)面的上端，且光纖光柵微位移傳感器中的頂針豎直朝下設(shè)置，機(jī)床立柱本體的側(cè)面下端設(shè)有豎直向上設(shè)置的碳纖維管，碳纖維管的下端與機(jī)床立柱本體固定連接，上端與頂針固定連接。上述進(jìn)一步方案的有益效果是：用于在線測(cè)量機(jī)床立柱本體在內(nèi)外熱源作用下的微小熱伸長(zhǎng)量，對(duì)機(jī)床在豎直方向上的熱誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高機(jī)床的加工精度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)的傳感器爆炸圖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專利技術(shù)的機(jī)床立柱的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：1、底板，2、側(cè)板，3、光纖固定臺(tái)，4、插銷，5、環(huán)體，6、單模光纖，7、頂針，8、連桿，9、光纖光柵，10、彈簧，11、粘接劑，12、硬質(zhì)測(cè)頭，13、機(jī)床立柱本體，14、碳纖維管。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本專利技術(shù)，并非用于限定本專利技術(shù)的范圍。如圖1至圖3所示，一種光纖光柵微位移傳感器，包括底板1、兩個(gè)側(cè)板2、光纖固定臺(tái)3、插銷4、環(huán)體5、單模光纖6、光纖光柵9和頂針7；兩個(gè)側(cè)板2分別固定設(shè)置在底板1的兩側(cè)，且與底板1垂直設(shè)置，底板1的一端伸出側(cè)板2外，并連接光纖固定臺(tái)3，光纖固定臺(tái)3與底板1的一端垂直連接；插銷4垂直且轉(zhuǎn)動(dòng)連接在底板1上，插銷4的上端固定設(shè)有環(huán)體5，環(huán)體5上靠近光纖固定臺(tái)3的一端設(shè)有連桿8，連桿8與底板1平行設(shè)置，連桿8的一端與環(huán)體5固定連接，連桿8的另一端向光纖固定臺(tái)3延伸，且設(shè)有頂針7，頂針7的一端與連桿8的另一端垂直固定連接，另一端向側(cè)板2方向延伸，并伸出側(cè)板2外；單模光纖6的中部本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種光纖光柵微位移傳感器，其特征在于：包括底板(1)、兩個(gè)側(cè)板(2)、光纖固定臺(tái)(3)、插銷(4)、環(huán)體(5)、單模光纖(6)、光纖光柵(9)和頂針(7)；兩個(gè)所述側(cè)板(2)分別固定設(shè)置在所述底板(1)的兩側(cè)，且與所述底板(1)垂直設(shè)置，所述底板(1)的一端伸出所述側(cè)板(2)外，并連接光纖固定臺(tái)(3)，所述光纖固定臺(tái)(3)與所述底板(1)的一端垂直連接；所述插銷(4)垂直且轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述底板(1)上，所述插銷(4)的上端固定設(shè)有環(huán)體(5)，所述環(huán)體(5)上靠近所述光纖固定臺(tái)(3)的一側(cè)設(shè)有連桿(8)，所述連桿(8)與所述底板(1)平行設(shè)置，所述連桿(8)的一端與所述環(huán)體(5)固定連接，所述連桿(8)的另一端向所述光纖固定臺(tái)(3)延伸，且設(shè)有頂針(7)，所述頂針(7)的一端與所述連桿(8)的另一端垂直固定連接，另一端向所述側(cè)板(2)方向延伸，并伸出所述側(cè)板(2)外；所述單模光纖(6)的中部環(huán)繞所述環(huán)體(5)遠(yuǎn)離所述光纖固定臺(tái)(3)的一側(cè)設(shè)置，并與所述環(huán)體(5)固定連接，其兩端向所述光纖固定臺(tái)(3)延伸，并與所述光纖固定臺(tái)(3)固定連接，所述單模光纖(6)的兩側(cè)分別設(shè)有光纖光柵(9)，所述單模光纖(6)與所述底板(1)平行設(shè)置。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖光柵微位移傳感器，其特征在于：包括底板(1)、兩個(gè)側(cè)板(2)、光纖固定臺(tái)(3)、插銷(4)、環(huán)體(5)、單模光纖(6)、光纖光柵(9)和頂針(7)；兩個(gè)所述側(cè)板(2)分別固定設(shè)置在所述底板(1)的兩側(cè)，且與所述底板(1)垂直設(shè)置，所述底板(1)的一端伸出所述側(cè)板(2)外，并連接光纖固定臺(tái)(3)，所述光纖固定臺(tái)(3)與所述底板(1)的一端垂直連接；所述插銷(4)垂直且轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述底板(1)上，所述插銷(4)的上端固定設(shè)有環(huán)體(5)，所述環(huán)體(5)上靠近所述光纖固定臺(tái)(3)的一側(cè)設(shè)有連桿(8)，所述連桿(8)與所述底板(1)平行設(shè)置，所述連桿(8)的一端與所述環(huán)體(5)固定連接，所述連桿(8)的另一端向所述光纖固定臺(tái)(3)延伸，且設(shè)有頂針(7)，所述頂針(7)的一端與所述連桿(8)的另一端垂直固定連接，另一端向所述側(cè)板(2)方向延伸，并伸出所述側(cè)板(2)外；所述單模光纖(6)的中部環(huán)繞所述環(huán)體(5)遠(yuǎn)離所述光纖固定臺(tái)(3)的一側(cè)設(shè)置，并與所述環(huán)體(5)固定連接，其兩端向所述光纖固定臺(tái)(3)延伸，并與所述光纖固定臺(tái)(3)固定連接，所述單模光纖(6)的兩側(cè)分別設(shè)有光纖光柵(9)，所述單模光纖(6)與所述底板(1)平行設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵微位移傳感器，其特征在于：兩個(gè)所述光纖光柵(9)以所述環(huán)體(5)為中心對(duì)稱設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵微位移傳感器，其特征在于：所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李瑞亞，譚躍剛，周祖德，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北,42