[发明专利]一种高灵敏度的温度补偿式光纤光栅应变传感器

说明书

本发明公开了一种高灵敏度的温度补偿式光纤光栅应变传感器，属于光纤传感技术领域。技术方案包括：应变测量光纤光栅、温度补偿光纤光栅、转动机构及伸缩机构；应变测量光纤光栅设置于转动机构顶端，温度补偿光纤光栅穿设于伸缩机构内，应变测量光纤光栅与温度补偿光纤光栅平行设置；转动机构与伸缩机构铰接；在伸缩机构外还套设有用于调节伸缩杆移动位置的调节套筒。该传感器在对封装尺寸有严格限制的场合，依然能提供很高的应变灵敏度，且可以调节应变灵敏度和量程。同时，该传感器可以进行温度补偿，剔除温度对应变测量的影响。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种高灵敏度的温度补偿式光纤光栅应变传感器。

背景技术

光纤光栅传感器作为一种新型光纤无源器件，以其全光传输、抗电磁干扰、耐腐蚀、高电绝缘性、低传输损耗、测量范围宽、便于复用成网、可微型化等优点，得到世界范围内的广泛关注，成为传感领域内发展最快的技术之一，在土木工程、航空航天、石油化工、电力、医疗、船舶工业等领域取得广泛应用。

应变测量是监测结构安全状况的重要手段，不同应用场合和不同材料结构所需的应变分辨率和应变量程存在区别。目前，绝大多数光纤光栅应变传感器没有采用增敏结构，其应变量程一般为±1500με，应变灵敏度1.2pm/με，主要用于应变较大场合，如桥梁、隧道、铁塔、管道等。然而，在微小应变测量场合，其应变灵敏度过低，应变量程过大。

目前，已有研究人员提出过一些增敏结构，如专利201220154883.8和201220207094.6，其主要通过控制安装块之间的距离大于固定光纤光栅两端粘接剂之间的距离来提高应变灵敏度，但是该方法只能得到某一个特定的应变灵敏度和对应的应变量程，而无法满足不同的应用场合。由此，专利201521078307.X和201611066853.0对此做了进一步的改进，分别提出了一种灵敏度可调的光纤光栅应变传感器的封装结构。前者主要是通过改变盖板在安装底座上的位置来调整光纤光栅受应变作用的长度，从而改变光纤光栅的应变灵敏度和应变量程。后者主要是通过在两组转动臂上设置多组光纤牵引孔，每组光纤牵引孔对应一种放大比例，来增大光纤光栅的应变灵敏度和应变量程。但是这两种封装结构带来的光纤光栅应变灵敏度的增加量主要取决于传感器安装距离与光纤光栅固定间距之比，在对传感器封装尺寸有严格限制的场合，其灵敏度的增加量有限，并不能满足所用场合的高灵敏度要求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高灵敏度的温度补偿式光纤光栅应变传感器，该传感器结构设计合理，能够进行温度补偿，调节应变灵敏度和量程。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种高灵敏度的温度补偿式光纤光栅应变传感器，包括应变测量光纤光栅、温度补偿光纤光栅、转动机构及伸缩机构；应变测量光纤光栅设置于转动机构顶端，温度补偿光纤光栅穿设于伸缩机构内，应变测量光纤光栅与温度补偿光纤光栅平行设置；

转动机构包括交叉设置的转动杆Ⅰ和转动杆Ⅱ，伸缩机构包括伸缩杆Ⅰ和伸缩杆Ⅱ，转动杆Ⅰ底端与伸缩杆Ⅰ端部铰接，转动杆Ⅱ底端与伸缩杆Ⅱ端部铰接；

在伸缩机构外还套设有用于调节伸缩杆Ⅰ和伸缩杆Ⅱ之间的距离的调节套筒。

所述转动杆Ⅰ和转动杆Ⅱ均呈Z型，包括杆身、上臂及下臂，转动杆Ⅰ的杆身和上、下臂均为实心结构，转动杆Ⅱ的杆身及上臂为中空结构，下臂为实心结构，转动杆Ⅰ的杆身能够插入转动杆Ⅱ的杆身的中空结构内；转动杆Ⅰ、转动杆Ⅱ的下臂的底端固定于待测结构的表面。

转动杆Ⅰ和转动杆Ⅱ的下臂上均开设铰接孔，伸缩杆Ⅰ和伸缩杆Ⅱ的端部各设有一个铰接销；转动杆Ⅰ和伸缩杆Ⅰ通过转动杆Ⅰ的铰接孔和伸缩杆Ⅰ上的铰接销相铰接，转动杆Ⅱ和伸缩杆Ⅱ通过转动杆Ⅱ上的铰接孔和伸缩杆Ⅱ上的铰接销相铰接。

转动杆Ⅰ和转动杆Ⅱ的上臂顶部开设半圆形槽，应变测量光纤光栅粘结于半圆形槽内。