CN219935074U - 一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，包括机架、称重单元和托盘，称重单元包括若干悬臂梁；若干光纤光栅，分别安装在各根悬臂梁的顶面或底面；若干支杆，用于将托盘悬吊在各悬臂梁下方，在日常使用中，通过采用上述技术方案，通过若干悬臂梁和若干光纤光栅的设置，根据各光纤光栅的变形量数据代入公式计算，抵消误差。

Description

一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平

技术领域

本实用新型涉及一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平。

背景技术

现有的光纤光栅称重天平通常只有一条光纤光栅，而光纤光栅易受外界环境温度和应变的影响，在温度和应变的作用下，光纤光栅的中心波长发生相应的变化，会影响称重的准确性，由此有必要作出改进。

发明内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题之一。

本申请提供了一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，包括机架、称重单元和托盘，称重单元包括：

一对悬臂梁，呈对称安装在机架上；

一对光纤光栅，分别安装在一对悬臂梁的顶面或底面；

一对支杆，用于将托盘悬吊在一对悬臂梁下方。

悬臂梁有四条，呈十字形固定安装在机架上，相应的，光纤光栅和支杆也设有四条。

四根悬臂梁两两一组，各组悬臂梁中的两条悬臂梁位于同一轴线上，两组悬臂梁的轴线为正交状态。

对称的光纤光栅其中一根位于相应悬臂梁上方，另一根位于相应悬臂梁的下方。

称重单元还包括：

若干沟槽，分别设置在各悬臂梁顶面或底面；

若干固定点，用于将各光纤光栅安装在相应的沟槽中。

各光纤光栅的栅区均位于相应悬臂梁靠近机架端，各支杆分别安装在相应悬臂梁的外端。

各固定点分别位于相应光纤光栅的栅区两端。

固定点为低温石英焊料封装。

设置在悬臂梁上表面的光纤光栅仅进行少量预拉，设置在悬臂梁下表面的光纤光栅，其预拉值必须大于测量范围的满量程输出。

机架包括：

底座；

立柱，其固定安装在底座上；

横梁，其固定安装在立柱上端；

悬臂梁架，其安装在横梁底部，呈正方形；

其中，各悬臂梁均固定安装在悬臂梁架上。

1、通过一对悬臂梁和一对光纤光栅的设置，根据一对光纤光栅的变形量数据代入公式计算，消除误差；

2、通过将两对悬臂梁和两对光纤光栅正交设置，消除托盘倾斜时产生的误差，提高称量精度。

附图说明

图1为本申请实施例1中多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平整体结构示意图；

图2为本申请实施例2中多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平整体结构示意图。

附图标记

1-机架、101-底座、102-立柱、103-横梁、104-悬臂梁架、2-称重单元、201-悬臂梁、202-光纤光栅、203-支杆、204-沟槽、205-固定点、3-托盘。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的伺服器进行详细地说明。

实施例1：

如图1所示，本申请实施例提供了一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，包括机架1、称重单元2和托盘3，称重单元2包括一对悬臂梁201，呈对称安装在机架1上；一对光纤光栅202，分别安装在一对悬臂梁201的顶面或底面；一对支杆203，用于将托盘3悬吊在一对悬臂梁201下方。

优选的，对称的光纤光栅202其中一根位于相应悬臂梁201上方，另一根位于相应悬臂梁201的下方。

进一步的，称重单元2还包括若干沟槽204，分别设置在各悬臂梁201顶面或底面；若干固定点205，用于将各光纤光栅202安装在相应的沟槽204中。

优选的，各光纤光栅202的栅区均位于相应悬臂梁201靠近机架1端，各支杆203分别安装在相应悬臂梁201的外端。

优选的，各固定点205分别位于相应光纤光栅202的栅区两端。

优选的，固定点205为低温石英焊料封装。

优选的，设置在悬臂梁201上表面的光纤光栅202仅进行少量预拉，设置在悬臂梁201下表面的光纤光栅202，其预拉值必须大于测量范围的满量程输出。

进一步的，机架1包括底座101；立柱102，其固定安装在底座101上；横梁103，其固定安装在立柱102上端；悬臂梁架104，其安装在横梁103底部，呈正方形，各悬臂梁201均固定安装在悬臂梁架104上。

在本申请的该实施例中，由于采用了上述的结构，一对光纤光栅202测得的变形量大小相等，方向相反，各光纤光栅202受到温度的影响是相同的，整理得：

Δλ₁＝K_εε+K_TΔT

Δλ₂＝-K_εε+K_TΔT

式中Δλ为光纤光栅的中心波长变化量，K_T为光纤光栅的温度灵敏系数，K_ε为光纤光栅的应变灵敏系数，ε为悬臂梁在测量质量为M的重物时产生的应变量，该应变量与质量成正比，即：M＝k_Mε，k_M为质量灵敏度。整理得

即

即消除了由于温度导致光纤光栅202变形而造成的测量误差。

实施例2：

如图2所示，本申请实施例提供了一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，包括机架1、称重单元2和托盘3，称重单元2包括一对悬臂梁201，呈对称安装在机架1上；一对光纤光栅202，分别安装在一对悬臂梁201的顶面或底面；一对支杆203，用于将托盘3悬吊在一对悬臂梁201下方。

优选的，悬臂梁201有四条，呈十字形固定安装在机架1上，相应的，光纤光栅202和支杆203也设有四条。

优选的，四根悬臂梁201两两一组，各组悬臂梁201中的两条悬臂梁201位于同一轴线上，两组悬臂梁201的轴线为正交状态。

优选的，对称的光纤光栅202其中一根位于相应悬臂梁201上方，另一根位于相应悬臂梁201的下方。

进一步的，称重单元2还包括若干沟槽204，分别设置在各悬臂梁201顶面或底面；若干固定点205，用于将各光纤光栅202安装在相应的沟槽204中。

优选的，各光纤光栅202的栅区均位于相应悬臂梁201靠近机架1端，各支杆203分别安装在相应悬臂梁201的外端。

优选的，各固定点205分别位于相应光纤光栅202的栅区两端。

优选的，固定点205为低温石英焊料封装。

优选的，设置在悬臂梁201上表面的光纤光栅202仅进行少量预拉，设置在悬臂梁201下表面的光纤光栅202，其预拉值必须大于测量范围的满量程输出。

进一步的，机架1包括底座101；立柱102，其固定安装在底座101上；横梁103，其固定安装在立柱102上端；悬臂梁架104，其安装在横梁103底部，呈正方形，各悬臂梁201均固定安装在悬臂梁架104上。

在本申请的该实施例中，由于采用了上述的结构，将光纤光栅202封装十字形两个正交方向的四根等强度悬臂梁201上、下表面，相对的一对悬臂梁201沿x轴延伸，与之相应的，另外两根悬臂梁201沿y轴延伸，在理想情况下，沿x轴延伸的一对光纤光栅202和沿y轴延伸的一对光纤光栅202测得的变形量大小相等，方向相反，各光纤光栅202受到温度的影响是相同的，整理得：

Δλ₁＝K_εε+K_TΔT

Δλ₂＝-K_εε+K_TΔT

Δλ₃＝K_εε+K_TΔT

Δλ₄＝-K_εε+K_TΔT

式中Δλ为光纤光栅的中心波长变化量，K_T为光纤光栅的温度灵敏系数，K_ε为光纤光栅的应变灵敏系数，ε为悬臂梁在测量质量为M的重物时产生的应变量，该应变量与质量成正比，即：M＝k_Mε，k_M为质量灵敏度。整理得

即

考虑由于天平托盘3或重物倾斜所造成的测量误差，两个正交方向上的四根悬臂梁201分别产生±Δε_x和±Δε_y的偏差，整理得：

Δλ₁＝K_ε(ε+Δε_x)+K_TΔT

Δλ₂＝-K_ε(ε-Δε_x)+K_TΔT

Δλ₃＝K_ε(ε+Δε_y)+K_TΔT

Δλ₄＝-K_ε(ε-Δε_y)+K_TΔT

整理仍然得到：

Δλ₁-Δλ₂+Δλ₃-Δλ₄＝4K_εε

即消除了由于天平托盘3或重物倾斜所造成的，以及温度导致光纤光栅202变形而造成的测量误差；

需要注意的是，由于托盘3实际倾斜方向是不一定的，因此只有两对悬臂梁201分别位于两个正交方向上的误差都能消除，才能消除所有方向的倾斜误差。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，包括机架(1)、称重单元(2)和托盘(3)，其特征在于，所述称重单元(2)包括：

一对悬臂梁(201)，呈对称安装在所述机架(1)上；

一对光纤光栅(202)，分别安装在一对所述悬臂梁(201)的顶面或底面；

一对支杆(203)，用于将所述托盘(3)悬吊在一对所述悬臂梁(201)下方。

2.根据权利要求1所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于：

所述悬臂梁(201)有四条，呈十字形固定安装在所述机架(1)上，相应的，光纤光栅(202)和支杆(203)也设有四条。

3.根据权利要求2所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于：

四根悬臂梁(201)两两一组，各组悬臂梁(201)中的两条悬臂梁(201)位于同一轴线上，两组悬臂梁(201)的轴线为正交状态。

4.根据权利要求1或3所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于：

对称的光纤光栅(202)其中一根位于相应悬臂梁(201)上方，另一根位于相应悬臂梁(201)的下方。

5.根据权利要求4所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于，所述称重单元(2)还包括：

若干沟槽(204)，分别设置在各所述悬臂梁(201)顶面或底面；

若干固定点(205)，用于将各所述光纤光栅(202)安装在相应的沟槽(204)中。

6.根据权利要求5所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于：

各所述光纤光栅(202)的栅区均位于相应悬臂梁(201)靠近机架(1)端，各所述支杆(203)分别安装在相应悬臂梁(201)的外端。

7.根据权利要求6所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于：

各所述固定点(205)分别位于相应光纤光栅(202)的栅区两端。

8.根据权利要求7所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于：

所述固定点(205)为低温石英焊料封装。

9.根据权利要求5所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平：

设置在悬臂梁(201)上表面的光纤光栅(202)仅进行少量预拉，设置在悬臂梁(201)下表面的光纤光栅(202)，其预拉值必须大于测量范围的满量程输出。

10.根据权利要求1所述的一种多悬臂梁结构的光纤光栅称重天平，其特征在于，所述机架(1)包括：

底座(101)；

立柱(102)，其固定安装在所述底座(101)上；

横梁(103)，其固定安装在所述立柱(102)上端；

悬臂梁架(104)，其安装在所述横梁(103)底部，呈正方形；

其中，各悬臂梁(201)均固定安装在所述悬臂梁架(104)上。