[发明专利]多点式光纤光栅孔壁应变计及孔壁应变检测方法

权利要求书

1.一种多点式光纤光栅孔壁应变计，包括测量筒体部分和活塞导向部分；其特征在于：测量筒体部分包括传感光纤(21)、定位销(22)、安装杆(23)、粘结剂挡圈(24)、测量筒体内腔(25)、胶室(26)、光纤光栅应变传感器(27)、环氧树脂外壳(28)和销钉孔(29)；活塞导向部分包括销钉孔(29')、活塞杆(30)、出胶孔(31)、粘结剂挡圈(24')和导向器(32)；粘结剂挡圈(24)与粘结剂挡圈(24')之间部分为测量段，传感光纤(21)从安装杆(23)的中间孔进入测量筒体内腔(25)并与光纤光栅应变传感器(27)串联，定位销(22)插在安装杆(23)上，粘结剂挡圈(24)的作用是防止粘结剂水漏出，胶室(26)注满调制粘结剂，将光纤光栅应变传感器(27)封装在弹性模量已知的测量筒体内腔(25)管壁上，外面覆盖一层环氧树脂外壳(28)以便与测量子孔(38)孔壁的耦合，销钉孔(29、29')的作用是插入销钉(39)将测量筒体部分与活塞导向部分连接；活塞导向部分中，活塞杆(30)的尾部有多个出胶孔(31)，粘结剂挡圈(24')的作用是防止粘结剂漏出，导向器(32)的作用是将孔壁应变计装入测量子孔(38)的指定位置中。

2.根据权利要求1所述的多点式光纤光栅孔壁应变计，其特征在于：根据多个光纤光栅应变传感器能够在一根光纤上串联集成的特点,光纤光栅应变传感器(27)采用单截面多点式安装方式，共分A、B和C三组，每组有4个光纤光栅应变传感器；A、B和C三组传感器位于测量筒体内腔(25)管壁上，沿圆周均匀分布，即相邻间隔120°，每组传感器组件有4个光纤光栅应变传感器，其分别与Z轴的夹角分别为45°、90°、135°和0°，即一个多点式光纤光栅孔壁应变计包括3组共计12个光纤光栅应变传感器。

3.根据权利要求2所述的多点式光纤光栅孔壁应变计，其特征在于：光纤光栅应变传感器(27)的连接方式：利用4根传感光纤(21)将12个光纤光栅应变传感器(27)分4组进行串联连接；L1号光纤连接3号、7号和11号传感器，其安装角度均为与Z轴的夹角135°；L2号光纤连接2号、6号和10号传感器，其安装角度均为与Z轴的夹角0°；L3号光纤连接1号、5号和9号传感器，其安装角度均为与Z轴的夹角90°；L4号光纤连接4号、8号和12号传感器，其安装角度均为与Z轴的夹角45°；每组传感器组件测量同一安装角度的应变，便于进行数据分析与对比。

4.根据权利要求1、2和3所述的多点式光纤光栅孔壁应变计，其特征在于：光纤光栅应变传感器(27)为具有温度补偿的应变传感器，其温度标定与补偿方法是：在光纤光栅应变传感器(27)安装在测量筒体内腔(25)外壁之前，先将光纤光栅应变传感器(27)单元放置于恒温水域箱中进行温度标定实验，对波长随温度变化的实验数据进行拟合、处理和分析，通过温度标定实验得到应变传感单元的温度灵敏度系数，进而在压力加载中对应变传感单元温度进行补偿；带温度补偿单元的光纤光栅应变传感器内部有一个不受应变影响的感温光栅，其作用为测量环境温度变化ΔT，有式中：λ_t0为感温光栅的初始波长；λ_t1为t₁时刻的波长；R₁为感温光栅的温度灵敏度；环境温度ΔT引起光纤光栅应变传感器波长改变，变化量Δλ_S为：Δλ_s＝R_s·T，式中R_s为应变传感单元的温度灵敏度；将解调仪解调出的波长λ减去温度引起的波长变化，最终得到光纤光栅应变传感器在加载压力下的波长为：λ_s＝λ-Δλ_s，其中λ为t₁时刻波长解调仪解调出的波长。