[发明专利]一种基于同轴布拉格电栅的传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种基于同轴布拉格电栅的传感器。

背景技术

目前，地方政府每年花费大量资金来维护、升级、维修、改造各种土木结构建筑、桥梁、水坝、隧道、管道及海上平台，然而一般的环境监测传感器对这些影响大型民用基础设施的结构和环境等因素不能做到很好的预测，因为这些工程的结构具有大尺寸和几何形状的复杂性的特点，所以结构的完整性监测在技术上具有很大的挑战性，监控技术的总体要求包括分辨率高、动态范围大、成本低、高可靠性、长工作距离和远程操作，然而现有的传感器很难满足这些要求。

重大工程结构在正常服役状态下，各个构件基本处于弹性或者小变形状态，普通光纤应变传感器完全满足该服役状态的监测。然而理想的可埋入应变传感器需要高的分辨率用以检测结构在正常荷载下的变化，同时它们也必须能够在极端条件下能够正常工作并且有大的动态范围。现有的应变传感器动态范围小，难以抵御极端荷载和灾害或灾变事故，不能对结构损伤进行全过程监测，重大工程结构健康监测迫切需要工程化大应变传感器。此外，该区域也会发生扭曲、剪切等不规则变形，如山体滑坡导致滑移面剪切大变形、拉索吊杆扭曲变形等，普通传感器(包括光纤传感器)难以满足结构大应变和复杂变形。

光纤传感器由于其自身组成材料的局限性，形变量有限所以光纤传感器的动态范围较小，不能适应重型、大尺寸和大应变的环境变量监测。另外，塑料光纤因其质轻、柔软、耐用性和优异的拉伸强度等优点而被开发成传感器，然而现有塑料光纤的光传输能力和波导性能比较差，使得它难以成为制造高性能传感器的材料。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于同轴布拉格电栅的传感器，通过采用在内导体层和外导体层之间设置中间电器绝缘层的同轴电缆传感器，增强同轴电缆传感器的韧性，能适应大变形的状况，通过在同轴电缆传感器的内部设置具有布拉格光栅形式的布拉格电栅，使同轴电缆传感器在延伸方向产生周期性的阻抗不连续性，对环境参数进行高精度的监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种基于同轴布拉格电栅的传感器，包括：同轴电缆传感器，所述同轴电缆传感器包括内导体层和外导体层，所述内导体层和所述外导体层之间设置有中间绝缘层，所述外导体层的外侧壁上设置有防护套，所述内导体层、外导体层和中间绝缘层均为柱形且延伸方向相同，所述内导体层、所述中间绝缘层和所述外导体层这三者中至少有一层在沿着所述同轴电缆传感器的延伸方向上具有所述周期性阻抗不连续结构。

在本发明一个较佳实施例中，所述周期性阻抗不连续结构采用打孔和物理形变两种方式制作，将多个所述周期性阻抗不连续结构组合形成所述布拉格电栅。

在本发明一个较佳实施例中，所述内导体层和所述外导体层均为电磁波的良导体，所述中间绝缘层是由电气绝缘材料构成。

在本发明一个较佳实施例中，所述物理形变包括尺寸变化和密度变化，所述物理形变由机械加工形成，所述机械加工包括采用金属管套夹紧，还包括激光加工。

在本发明一个较佳实施例中，所述基于同轴布拉格电栅的传感器还包括信号连接器，所述信号连接器与所述同轴电缆传感器的一端电性连接，所述信号连接器的另一端与信号发生器的输出端电性连接，所述信号连接器将一个或者多个所述信号发生器所发送的信号传送到所述内导体层和所述外导体层中的至少一层，并测量所发送信号的函数。 

本发明还提供一种应用所述基于同轴布拉格电栅的传感器的自动化不连续结构加工装置，包括加工平台，设置在所述加工平台上的第一电缆牵引器、第二电缆牵引器、同轴电缆线轴和不连续结构制作装置，还包括检查不连续结构制作情况的图像装置，设定各组件的距离以及设定同轴电缆线轴旋转速率的计算装置和对整个系统进行控制的控制装置，所述控制装置为在线光栅监测系统，所述控制装置和所述同轴电缆线轴分别位于所述同轴电缆传感器的两端，所述同轴电缆线轴上环绕有所述同轴电缆传感器并通过中心轴旋转，所述同轴电缆线轴通过所述第一电缆牵引器和所述第二电缆牵引器将所述同轴电缆传感器进行拉伸，所述不连续结构制作装置和所述图像装置放置在所述第一电缆牵引器和所述第二电缆牵引器之间，所述图像装置放置在所述不连续结构制作装置和所述第二电缆牵引器之间，所述第一电缆牵引器将所述同轴电缆传感器引入到所述不连续结构制作装置中，所述图像装置将获取的所述周期性阻抗不连续结构的图形信号发送到所述计算装置，所述计算装置通过分析和计算得出两个相应的输出信号并分别发送到所述同轴电缆线轴和所述不连续结构制作装置中。