[实用新型]一种带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器，属于光纤Bragg光栅应变检测技术领域。

背景技术

现有的大型工程结构，如桥梁、大坝、隧道、边坡的抗滑桩和挡土墙等大型建筑易受到恶劣环境和地质运动变化出现的结构损伤，应变是表征工程结构安全的重要指标，人们通常通过检测结构应变来对监测对象进行健康状况的评估。当建筑结构受到外界的作用力使其应变过大时，结构易于出现裂缝、变形、倾斜等损伤，严重的可导致结构破裂或者倒塌等严重安全施工。因此对建筑结构应变进行长期、实时的监测具有重要的意义。

光纤Bragg光栅应变传感器具有抗电磁干扰能力强、测量范围广、传输损耗小、精度高以及实时性强等特点，特别适合需要实时应变监控的大型建筑，如大坝、隧道、桥梁、公路。本实用新型涉及一种带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器，铠装光缆可以通过自锁紧端头紧固于传感器两侧，简化了结构安装过程；同时，通过调整法兰盘间距与内部不锈钢管应变发生部位尺寸之间比例，可以实现传感器灵敏度的调控。

通过采用带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器对应变进行在线监测时，需要考虑带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器的构成，及如何安装来实现测量时对光纤的保护问题。

发明内容

本实用新型提供了一种带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器，以用于解决对应变在线检测时光纤Bragg光栅管式应变传感器的结构、安装的问题。

本实用新型的技术方案是：一种带自锁紧端头的光纤Bragg光栅管式应变传感器，包括法兰盘1、不锈钢管2、螺纹3、中间凹陷部位4、环氧树脂胶5、光纤Bragg光栅6、环氧树脂胶限位堵头7、铠装光缆8、自锁紧端头、外部保护套管11；其中通过环氧树脂胶5和环氧树脂胶限位堵头7将光纤Bragg光栅6拉直悬空固定在不锈钢管2管腔内；光纤Bragg光栅6两端的光纤通过位于传感器两端的铠装光缆8引出；传感器两侧法兰盘1通过不锈钢管2两端的螺纹3固定在不锈钢圈2的两端，用于检测外界轴向应变变化；通过传感器两端的自锁紧端头将铠装光缆8固定在传感器两端，以用于增加传感器的抗拖拽性能；外部保护套管11嵌套在内部不锈钢管2外侧，对外界径向应变起到隔离作用，实现对内部不锈钢管保护作用。

所述自锁紧端头包括紧固螺母9、紧固卡件10。

通过调整位于传感器同侧两个法兰盘1之间的距离L₁与内部不锈钢管2应变发生部位长度L₂之间的比例用于增加传感器灵敏度。

本实用新型的工作原理是：

当外界轴向应变ε作用于传感器两侧法兰盘1时，法兰盘间距变化量ΔL为法兰盘间距L₁与轴向应变之间乘积，即：

ΔL=L₁×?                                                          （1）

法兰盘1通过螺纹固定在不锈钢管2两端，法兰盘间距变化量与内部不锈钢管2伸长量相同，即内部不锈钢管2伸长量也为ΔL。

由于内部不锈钢管2中间部位管径较小，横截面积小；两侧管径较大，横截面积大，形变主要发生在内部不锈钢管2中间部位（长度为L₂）。忽略两侧较粗管径部位不锈钢管的形变，不锈钢管2中间细管部位伸长量为ΔL，即：

ΔL=L₂×?'                                                         （2）

式中，?'为不锈钢管2中间部位应变量。

光纤Bragg光栅6经环氧树脂胶5固定在内部不锈钢管2内，由环氧树脂胶限位堵头7控制粘接位置为不锈钢管2中间部位两侧，因此，光纤Bragg光栅6发生均匀轴向应变为：

                                                         （3）

光纤Bragg光栅均匀轴向应变引起的波长移位为：

                                               （4）

式中，为光纤Bragg光栅的中心波长，为波长移位量，=0.22为有效弹光系数。