CN107357317B - 纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置及方法 - Google Patents

纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置及方法，包括调整螺母，调整螺母下部穿插设有光纤传感器，上部穿插设有固定杆，且光纤传感器通过固定杆下方的孔安装在固定杆中，固定杆的上部套设有固定螺杆，且固定螺杆的下部外侧与调整螺母的上部内侧通过螺纹连接。本发明可以在较小的实验空间内对纳米级光纤传感器进行测量前保证量程的预安装以及实验测量时精确调整，使得纳米级光纤位移传感器达到最佳分辨率所在的量程范围。

Description

纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置及方法
技术领域
本发明涉及获取结合面静特性的试验装置，具体涉及一种纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置及方法。
背景技术
在机床结合部表面变形测量中，由于结合面变形量很小，当前国内外测量时应用纳米级位移传感器获取在外载荷下结合面的位移。为了不破坏结合表面的特性，在非接触式测量方法中,通过将光纤传感器安装在相对静止的下部试件上，被测的上试件与传感器之间不发生接触。当给上试件施加外载荷时，结合表面受载，微凸体发生变形，利用光纤传感器采集和传输电信号获取外载荷下结合面变形量，为进一步求解结合部刚度提供依据。由上可知,光纤传感器的安装位置和调试决定了测量结果的准确性。为获取整个结合面的变形和变形分布情况，实验中想在结合面上沿同一直径上不同方向及不同直径上多布置几个光纤传感器来获取结合面各点的变形。
一方面，纳米级高精度光纤传感器分辨率很高，且量程很小，安装调整要求也很高，实验过程中微小的变动都会使测量结果失真，光纤传感器的安装调整既要求牢固可靠，也有要求操作时方便可调。另一方面结合面面压分布和变形分布范围很小，确保光纤传感器都在测量范围内，在狭小的结合表面安装多个光纤传感器，用现有的传感器调整装置来实现有明显不足之处。
现有的可用于高精度传感器精确调整的装置，都是采用带有二维或三维螺旋测微计的调整架或调整台，其结构尺寸相对较大，无法适合单个光纤传感器在小平面、孔内等狭窄位置安装和多个传感器同时测量的安装操作位置要求。结合面的位移测量是将下试件放置在实验方箱上，光纤传感器通过方箱上部的孔安装在下试件上，而且要同时安装多个，还要留出调整空间，现有的调整夹头无法满足空间及调整空间要求。如图1所示，在进行结合面刚度检测时，需要测量外载荷下结合面的变形量，为减小上下试件变形对结合面变形的影响，需将传感器布置在靠近结合面中心位置，需要在下试件上开孔将光纤传感器,由下方穿入孔中，为保证尽量不破坏结合面形貌，光纤探头直径都很小，最小的直径仅有0.17mm，对应传感器在下试件上的孔径只有0.2mm；且纳米级光纤传感器量程很小，测量前需要将光纤传感器位置调整至量程范围内，若直接安装将光纤传感器***通孔时，只能通过手动控制光纤传感器***的深度来确保光纤传感器头部到结合面的距离，而无法精确控制该段距离，保证距离测量表面在量程范围内，若多次直接调整还有可能将传感器头碰坏。现有调整装置无法实现实验装配之前的预调整，以满足微小量程的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置及方法，以克服现有技术中的问题，本发明可以在较小的实验空间内对纳米级光纤传感器进行测量前保证量程的预安装以及实验测量时精确调整，使得纳米级光纤位移传感器达到最佳分辨率所在的量程范围。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置，包括调整螺母，调整螺母下部穿插设有光纤传感器，上部穿插设有固定杆，且光纤传感器通过固定杆下方的孔安装在固定杆中，固定杆的上部套设有固定螺杆，且固定螺杆的下部外侧与调整螺母的上部内侧通过螺纹连接。
进一步地，固定螺杆的上部连接有微调筒，微调筒的上部连接有调整套，调整套上连接有调整盖。
进一步地，微调筒的总长度比下试件的高度小1mm。
进一步地，光纤传感器和调整螺母的下部设置在支撑块中。
进一步地，固定螺杆的底部与固定杆之间设有弹簧。
进一步地，光纤传感器通过紧定螺钉与固定杆固定。
一种纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置的调整方法，包括以下步骤：
步骤一：调整固定螺杆推动微调筒、调整套以及调整盖，使光纤传感器的顶部与调整盖之间的距离达到量程范围；
步骤二：将微调筒、调整套、调整盖以及支撑块去掉，将固定螺杆固定在下试件的下表面测量位置，待上试件安装稳定后，调整固定螺杆使调整螺母带动固定杆向上移动，进而带动光纤传感器向上移动，使得光纤传感器达到测量范围的高分辨率区域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明在使用时，将装有光纤传感器的调整装置整体安装在下试件测量位置，并用螺钉将固定螺杆固定在下试件下表面，试验中，当上试件安装稳定后，调整调整螺母与固定螺杆间的专用细牙螺纹，使得光纤传感器在沿轴向移动达到测量范围的高分辨率区域，使得实验测得的位移更加准确。
进一步地，本发明在将高精度光纤位移传感器安装在上试件上之前，为确保光纤传感器在安装在结合面时在量程范围内，并将整体置于有一定重量且具有较高精度的支撑块上，并在上部加装微调筒，并在微调筒上方加装调整套和调整盖，通过调整固定螺杆，使得光纤传感器与调整盖之间的距离达到量程范围。
进一步地，本发明在固定螺杆的底部与固定杆之间加装弹簧，以消除螺纹间隙。
附图说明
图1光纤传感器在测量时安装状况局部结构示意图；
图2本发明光纤传感器调整装置结构示意图；
图3本发明光纤预装配量程调整结构示意图；
图4本发明预装配量程调整顶部结构示意图；
图5本发明光纤传感器及调整装置工作位置布置结构示意图。
图中，1.支撑块，2.调整螺母，3.光纤传感器，4.固定杆，5.弹簧，6.固定螺杆，7.微调筒，8.调整套，9.调整盖，10.紧定螺钉，11.上试件，12.下试件，13.结合面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1至图5，纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置，包括调整螺母2，调整螺母2下部穿插设有光纤传感器3，上部穿插设有固定杆4，且光纤传感器3通过固定杆4下方的孔安装在固定杆4中，且光纤传感器3通过紧定螺钉10与固定杆4固定，固定杆4的上部套设有固定螺杆6，且固定螺杆6的下部外侧与调整螺母2的上部内侧通过螺纹连接，固定螺杆6的底部与固定杆4之间设有弹簧5，固定螺杆6的上部连接有微调筒7，微调筒7的上部连接有调整套8，调整套8上连接有调整盖9，微调筒7的总长度比下试件12的高度小1mm，光纤传感器3和调整螺母2的下部设置在支撑块1中。
一种纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置的调整方法，包括以下步骤：
步骤一：调整固定螺杆6推动微调筒7、调整套8以及调整盖9，使光纤传感器3的顶部与调整盖9之间的距离达到量程范围；
步骤二：将微调筒7、调整套8、调整盖9以及支撑块1去掉，将固定螺杆6固定在下试件12的下表面测量位置，待上试件11安装稳定后，调整固定螺杆6使调整螺母2带动固定杆4向上移动，进而带动光纤传感器3向上移动，使得光纤传感器3达到测量范围的高分辨率区域。
下面对本发明的操作过程做详细描述：
如图2所示，在将高精度光纤位移传感器安装在试件上之前，为确保光纤传感器3在安装在结合面13时在量程范围内，先将光纤传感器3由调整螺母2下方孔内穿入，固定杆4由调整螺母2上方的孔穿入，并让光纤传感器3通过固定杆4下方的孔安装在固定杆4中，由紧定螺钉10实现光纤传感器3与固定杆4的固定；将已连接好的固定杆4和光纤传感器3通过固定螺杆6的孔并将固定螺杆6与调整螺母2通过螺纹连接，并在固定杆4和固定螺杆6之间加装弹簧5消除螺纹间隙。调整螺母2和固定螺杆6间的螺纹牙是保证调整专门加工的微小螺距螺纹，以确保在量程调整时实施精确调节。光纤传感器3初步安装完成后，如图3所示，将调整螺母2安装在支撑块1上，在光纤传感器3预留在外面的探针上安装微调筒7，微调筒7的总长度根据下试件12的高度调整，较下试件12小1mm，初步调整光纤传感器3的位置使其探头上方露出微调筒7，在微调筒7上方加装调整套8和调整盖9，然后调整固定螺杆6对光纤传感器3的位置使得光纤传感器3达到量程范围，如图4所示为预安装后光纤探头与上表面间的局部视图。
然后将微调筒7、调整套8和调整盖9从已经调好量程的装置上拿下来，并去掉支撑块1，如图5所示，将光纤传感器3从下试件12下方孔中穿过，固定螺杆6的上方螺纹拧入下试件12孔下端的螺纹孔，直至固定螺杆6与下试件12下表面接触，将固定螺杆6固定在下试件12上，然后旋转调整螺母2与固定螺杆6间专门加工的微小螺距的细牙螺纹对光纤传感器3实施精确调整，确保达到传感器高分辨率的量程范围之内。

Claims (4)

1.纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置，其特征在于，包括调整螺母(2)，调整螺母(2)下部穿插设有光纤传感器(3)，上部穿插设有固定杆(4)，且光纤传感器(3)通过固定杆(4)下方的孔安装在固定杆(4)中，固定杆(4)的上部套设有固定螺杆(6)，且固定螺杆(6)的下部外侧与调整螺母(2)的上部内侧通过螺纹连接；固定螺杆(6)的上部连接有微调筒(7)，微调筒(7)的上部连接有调整套(8)，调整套(8)上连接有调整盖(9)；微调筒(7)的总长度比下试件(12)的高度小1mm；光纤传感器(3)和调整螺母(2)的下部设置在支撑块(1)中。
2.根据权利要求1所述的纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置，其特征在于，固定螺杆(6)的底部与固定杆(4)之间设有弹簧(5)。
3.根据权利要求1所述的纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置，其特征在于，光纤传感器(3)通过紧定螺钉(10)与固定杆(4)固定。
4.一种权利要求1所述的纳米级非接触光纤传感器测量用调整装置的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：调整固定螺杆(6)推动微调筒(7)、调整套(8)以及调整盖(9)，使光纤传感器(3)的顶部与调整盖(9)之间的距离达到量程范围；
步骤二：将微调筒(7)、调整套(8)、调整盖(9)以及支撑块(1)去掉，将固定螺杆(6)固定在下试件(12)的下表面测量位置，待上试件(11)安装稳定后，调整固定螺杆(6)使调整螺母(2)带动固定杆(4)向上移动，进而带动光纤传感器(3)向上移动，使得光纤传感器(3)达到测量范围的高分辨率区域。
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