[发明专利]光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，尤其涉及一种光纤光栅应变传感器。

背景技术

目前，在大型低温工程如航天技术、加速器、聚变堆、散裂中子源、大型超导磁体等系统中，均涉及复杂的运行环境。其中，最重要的是构件的力学性能，因为在低温、辐照、磁场、大电流等环境下，构件的应力、应变腐蚀、失超、蠕变、疲劳断裂等失效行为是导致系统毁坏的主要原因。

对于航天技术中的运载火箭液氢液氧发动机，航天飞机燃料箱、机翼隔热面板等不但要监控温度，更重要的是监控材料和部件应力应变的参数。大型超导磁体是电力储能、限流以及粒子加速器的核心部件，然而超导磁体系统中由于超导磁体的磁感应强度和电流密度都很高，能够产生很大的洛仑兹力，这个力在超导磁体设计、制造和运行中会引起应力集中，它不仅能破坏结构以致磁体损坏，而且还能破坏超导体和绝缘体。可见，在大型低温工程中，许多材料和部件处于超低温、强磁场、中子辐照、高压、真空等多种极端环境中，其应力和应变分布特性采用传统的方法是很难实现方便可靠预测的。

现有技术中，传统的电阻应变计因磁阻效应的存在，需要很复杂的屏蔽封装，这样使得其结构复杂，更不能进行长距离的大规模结构组网监测。

发明内容

本发明实施例提供了一种光纤光栅应变传感器，能够提供一种在大型低温工程下进行应变在线监测的光纤光栅传感器，有效消除复杂恶劣环境下电磁干扰的影响，确保监测数据可靠，提高了应变监测性能。

本发明实施例提供了一种光纤光栅应变传感器，所述传感器包括菱形应变基座和光纤光栅，其中：

所述光纤光栅的栅区两端分别固定在所述菱形应变基座的一条轴上；

所述菱形应变基座的另一条轴分别固定在被测基体上，该菱形应变基座能将其受到形变转换为所述光纤光栅的波长变化。

所述菱形应变基座利用热缩冷胀效应，使得所述光纤光栅在超低温状态下被自动拉伸。

所述该菱形应变基座能将其受到形变转换为所述光纤光栅的波长变化，具体包括：

当所述被测基体发生形变时，所述菱形应变基座固定在被测基体上的轴两端距离发生变化，导致所述菱形应变基座另一固定有所述光纤光栅的轴两端距离发生相反方向的变化，并最终反映为所述光纤光栅的波长变化量。

所述光纤光栅采用激光焊接或玻璃焊接的方式固定在所述菱形应变基座的一条轴上；

所述菱形应变基座的另一条轴采用焊接方式固定在所述被测基体上。

由上述所提供的技术方案可以看出，所述传感器包括菱形应变基座和光纤光栅，其中：所述光纤光栅的栅区两端分别固定在所述菱形应变基座的一条轴上；所述菱形应变基座的另一条轴分别固定在被测基体上，该菱形应变基座能将其受到形变转换为所述光纤光栅的波长变化。通过上述传感器的结构，就能够提供一种在大型低温工程下进行应变在线监测的光纤光栅传感器，有效消除复杂恶劣环境下电磁干扰的影响，确保监测数据可靠，提高了应变监测性能。

附图说明

图1为本发明实施例所提供光纤光栅应变传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例所举出的在拉伸实验板上进行试验的结构示意图；

图3为本发明实施例所举出的在拉伸实验板上进行受力的分析结果示意图；

图4为本发明实施例所举出的在拉伸实验板上温度变化的分析结果示意图；

图5为本发明实施例所举实例中根据实测数据绘制的波长随应变变化的关系曲线示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种光纤光栅应变传感器，能够实现在大型低温工程下进行应变在线监测，并有效消除复杂恶劣环境下电磁干扰的影响，确保监测数据可靠，提高了应变监测性能。

为更好的描述本发明实施例，现结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，如图1所示为本发明实施例所提供光纤光栅应变传感器的结构示意图，图1中包括：菱形应变基座1和光纤光栅2，其中：

所述光纤光栅2的栅区两端分别固定在所述菱形应变基座1的一条轴上，在图1中该光纤光栅2的栅区两端固定在3和4上。

所述菱形应变基座1的另一条轴分别固定在被测基体上，在图1中该菱形应变基座1可通过5和6固定在被测基体上。同时，该菱形应变基座1能将其受到形变转换为所述光纤光栅的波长变化。具体来说，当所述被测基体发生形变时，所述菱形应变基座固定在被测基体上的轴两端距离发生变化，导致所述菱形应变基座另一固定有所述光纤光栅的轴两端距离发生相反方向的变化，并最终反映为所述光纤光栅的波长变化量。