[实用新型]一种二维应变检测的柔性高温光栅应变片

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，特别涉及一种检测构件表面二维应变的柔性高温光栅应变片，其结构是用耐高温金属薄片和耐高温布拉格光纤光栅结合，以实现高温环境和复杂表面的二维应变检测。 

背景技术

电阻应变片是工程结构或部件试验中应变测量的传统敏感元件。目前，应用最为广泛的是以各种应变电阻合金箔为敏感栅的金属箔式应变片，它以制作方便、价格便宜、使用简便、测量可靠的优点而广泛应用于工程结构或部件的应变测量。但是，这种以金属箔式电阻应变片为代表的电式传感器在应变测量领域有很多不足之处，例如，在进行易燃易爆场合的结构健康检测时，电类传感器中产生的电火花使得它应用时具有很大的危险性；电类传感器易受电磁干扰从而导致精度大大降低；此外，高温环境和构件表面的不平整性也大大限制了电类传感器的应用。 

光纤光栅是最近几年发展最为迅速的光纤无源器件之一，自从1978K.0.Hill年等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上第一只光纤光栅以来，由于它具有许多独特的优点，因而在光纤传感领域取得了广泛的应用。以光纤光栅为敏感单元的传感器相比传统电类传感器有很多的优点，它有抗电磁干扰、体积小、重量轻、结构简单以及便于成网等诸多优点。事实上光纤光栅已成为目前最有前途、最具有代表性的光纤传感器件之一，它极大地拓宽了传感技术的应用范围，提高了传感器的检测精度。 

传统的光纤光栅应变片是以布拉格光纤光栅作为敏感器件的，这种光纤光 栅应变片相比金属箔式应变片有明显的技术优势，但是，这种光栅应变片只能在主应变方向已知的情况下进行一维轴向应变测量，不能对二维平面上的主应变方向和大小进行检测。对于某些结构，如高温压力管道，其表面应变属于二维应变，基于FBG的一维应变测量不能获得管道表面的主应力大小及方向，不能反映最大应变值，因而不能满足监测要求。 

现有的光纤光栅应变片除了具有不能测量二维应变的不足外，还缺乏温度补偿的功能，同时大多传感器只适用于平面构件的应变检测，不能应用于复杂表面的二维应变测量。本发明提供了一种耐高温、具有柔性、可以进行二维应变检测并且兼具温度补偿功能的光纤光栅应变片。 

发明内容

本发明的目的在于解决传统光纤光栅应变片无法进行二维应变检测的不足，提供一种能进行二维表面应变检测的器件，同时该器件具有柔性、耐高温的特点，并且具有温度补偿的功能，特别适合于高温压力管道的结构健康检测。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种二维应变检测的柔性高温光栅应变片，它是由高温恒弹合金基底、高温布拉格光栅A、高温布拉格光栅B和高温布拉格光栅C以及耐高温覆盖层组成的。 

所述的高温恒弹合金基底为“十”字形或“T”字形，三只高温布拉格光栅用高温胶固定在基底上，并且用耐高温覆盖层加以封装保护。 

所述的金属薄片基底和覆盖层为“十”字形或“T”字形，其中，“十”字形基底尺寸：厚度为0.5mm至1.5mm，长度和宽度相等，均为3cm至5cm，且横向金属薄片和纵向金属薄片宽度相等，均为1cm至2cm；横向金属薄片宽度不超过总宽度的三分之一。 

所述的金属薄片基底材料选择能在300℃高温下稳定工作的高温恒弹合金。 

所述的高温布拉格光栅A和高温布拉格光栅B两端固定，高温布拉格光栅C单端自由。 

实现本发明所采用的方法是选用适当的高温恒弹合金金属薄片作为基底，然后根据应力应变分析将高温布拉格光纤光栅适当预拉后用高温胶固定在金属基底之上，最后用耐高温覆盖层对整个应变片进行保护性封装。对结构构件进行应变监测时需要将待测构件表面进行打磨、清洗，然后将制作好的光纤光栅应变片用焊接或粘接工艺固定在构件表面。 

本发明是一种能进行复杂构件表面二维应变检测的应变检测器件，同时具有柔性、耐高温和温度补偿的特点。本发明应变片具有灵敏度高、本质安全、重量轻、体积小、便于成网等优点。由于应变片的敏感元件为耐高温布拉格光纤光栅，所以这种应变检测器件能抗电磁干扰、成本低、耐腐蚀以及可实现准分布式多点测量。 

附图说明

图1为本发明所述的“十”字形光纤光栅应变片结构示意图。 

图2为本发明所述的“T”字形光纤光栅应变片结构示意图。 

图3为本发明所述的用于二维复杂构件表面应变检测的系统原理图。 

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步说明。