[发明专利]一种光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅应变传感器。

背景技术

光纤光栅是一种在光纤通信、光纤传感及光信息处理领域有着广泛应用前景的无源光纤器件。基于光纤光栅的传感器具有抗电磁干扰、体积小、结构简单的优点，能够在土木、石油化工等恶劣环境中实现准确测量。

应变测量是监测桥梁、大坝等大型工程健康、安全的重要手段。近年来，基于光纤光栅的应变传感器发展迅速。对光纤光栅进行封装是提高传感器性能和保护光纤光栅有效手段。研究人员将光纤光栅直接粘贴于金属材料上，通过金属材料将应变传递给光纤光栅，引起光纤光栅波长的漂移，但是金属材料的形变有限，导致传感器的测量范围较小。另外，在中国实用新型专利公告号为CN202083359提供的方案中，将光纤光栅黏贴在悬臂梁上，通过拉杆将应变传递到悬臂梁，进而使光纤光栅波长漂移，此方案虽然能够实现应变传感，但是机械结构复杂，有多重力的传递，误差较大，导致传感器的性能不稳定，且安装过程复杂，给现场施工带来困难。

本发明利用弹性应变片对光纤光栅进行封装，实现应变测量，具有结构简单、测量范围大、安装方便的优点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术中光纤光栅应变传感器测量范围小、安装复杂的问题，提供了一种结构简单、测量范围大、安装方便的光纤光栅应变传感器。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案：

一种光纤光栅应变传感器包括弹性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置。

弹性应变片有纵向轴且沿纵向轴对称，包括一对对称式U型梁弹性结构、连接U型梁弹性结构的平板、位于弹性应变片纵轴线上用于放置光纤光栅的细槽、位于细槽两端用于穿过尾纤的一对矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置；固定装置包括两组固定点，第一组固定点为在纵向上位于U型梁弹性结构两侧的两对半圆矩形槽或安装孔，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直，第二组固定点为位于弹性应变片两端的带有半圆矩形槽或安装孔的弹性结构，它们同样成对出现，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直；铠装护套固定装置分布于纵向轴，包括在带有半圆矩形槽弹性结构之间的矩形孔、带有圆孔的半圆矩形槽和位于弹性应变片两端带圆孔的平板；在对称式U型梁弹性结构和相应的第二组固定点之间的温度补偿装置为一边与弹性应变片连接的矩形；所述弹性应变片的U型梁弹性结构、平板、细槽、穿过尾纤的矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置为一体式结构；将光纤光栅置于细槽内，其两端利用玻璃焊料通过点焊的方式固定于相应的位置，其尾纤穿过矩形孔之后位于弹性应变片的另一面，然后利用铠装护套铠装；将铠装护套一定长度的塑料剥离，未剥离的一端置于矩形孔内卡牢，剥离的一段利用穿过半圆矩形槽内圆孔的细铁丝箍紧固定，将带圆孔的平板垂直于弹性应变片，然后将未剥离的另一端穿过平板上的圆孔且利用圆孔将其卡牢固定；附属装置为带有圆孔的两个金属块，在第一组固定点和第二组固定点处通过点焊或螺丝将弹性应变片固定于金属块，然后利用焊接或螺丝将固定弹性应变片的金属块固定于待测物体上；弹性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置构成光纤光栅应变传感器。

本发明所具有的有益效果为：

1、对称式U型梁弹性结构在加载应变后，易发生弹性形变，增大了传感器的测量范围。

2、光纤光栅利用玻璃焊料焊接于弹性应变片，焊点小且焊接牢固，不易脱落，使传感器能适应恶劣的工作环境。

3、光纤穿过矩形孔使尾纤和光纤光栅分别处于弹性应变片的两面，这样光纤光栅应变传感器固定于待测物体之后，光纤光栅在待测物体和弹性应变片之间，而非暴露于外界，进而有效保护光纤光栅。

4、该传感器通过第一组固定点和第二组固定点将弹性应变片固定于待测物体，第一组固定点即U型梁弹性结构两侧的半圆矩形槽或安装孔，将弹性应变片固定于待测物体，这样应变即可加载于弹性应变片，进而引起光纤光栅波长漂移；第二组固定点为弹性结构中的半圆矩形槽或安装孔，固定于待测物体之后弹性应变片更加紧贴于待测物体，并且弹性结构可以消除第一组固定点和第二组固定点之间应变对传感器的干扰。

5、在铠装护套固定装置中，设计三种结构将铠装护套完全固定于弹性应变片而不出现滑动。

6、光纤光栅固定于弹性应变片之前进行预张拉，这样光纤光栅应变传感器可测量待测物体的正负应变。

7、在弹性应变片上设计了细槽使光纤光栅、玻璃焊料和细铁丝置于弹性应变片内，而非暴露于外，不仅对光纤光栅、玻璃焊料和细铁丝形成有效保护，而且保证了弹性应变片的平整性。