[实用新型]一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器

说明书

本实用新型公开了一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，所述传感器包括传感系统和凹形托盘，所述传感系统包括T型杆体(1)、光纤光栅测力环(4)、光纤Bragg光栅(5)和光纤(6)，其中，T型杆体(1)穿入光纤光栅测力环(4)和凹形托盘(3)，光纤光栅测力环(4)置于凹形托盘(3)的凹槽内，凹形托盘(3)经螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅(5)贴于光纤光栅测力环(4)上，光纤Bragg光栅(5)通过光纤(6)引出。本实用新型提供的传感器具有凹形托盘结构，可以在测试被测物所受应力应变的同时，对光纤光栅测力环进行锁止保护，确保测试过程中其结构不因受力过度而损坏。

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅测力环的测量设备，尤其涉及一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器。

背景技术

目前，在结构工程领域中，对结构力学测试的应用非常广泛，它们的受力大小及分布变化能最直接地反映结构的健康状况。光纤光栅是二十世界末测试领域最重要的发明之一。近年来,成为世界研究热点的结构健康监测为光纤光栅传感技术在土木工程领域的应用提供了机遇。然而,如何结合光纤光栅的感知特性和土木工程健康监测的测试需要研制开发性能稳定可靠、耐久性好的工程化传感器并应用于重大工程中是目前重要的课题。

现有光纤光栅拉力传感器没有设置防止拉力过大的保护结构，受力一旦超过量程时会发生断裂而影响拉力测量。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，本实用新型在测力环型结构上按一定间距排布光纤Bragg光栅可实现对单方向上的应力应变分布测试，并通过一个凹形锁止结构，在测试过程中限制传感器所受应力应变在额定范围内，从而保护传感器结构。

本实用新型提供的带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，T型杆体穿入光纤光栅测力环(环状弹性体)，环状弹性体放置于凹型托盘上，凹型托盘用螺母经螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅贴于环状弹性体上，光纤光栅通过光纤引出。本实用新型中将T型杆体受力产生的位移，转化为T型杆体上端对光纤光栅测力环的压力，压力产生的形变可转化为FBG的峰值波长漂移以进行调制。从而实现了受力物的应力应变的在线测试。此外，凹形托盘对T型杆体具有支撑锁止作用，使得其具有在超出最大受力范围情况下对传感器弹性结构的保护作用。

本实用新型的技术方案如下：一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，所述传感器包括传感系统和凹形托盘3，所述传感系统包括T型杆体1、光纤光栅测力环4、光纤Bragg光栅5和光纤6，其中，T型杆体1穿入光纤光栅测力环4和凹形托盘3，光纤光栅测力环4置于凹形托盘3的凹槽内，凹形托盘3螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅5贴于光纤光栅测力环4上，光纤Bragg光栅5通过光纤6引出。

进一步地，所述光纤光栅测力环4上沿轴向设置4个光纤Bragg光栅5，4个光纤Bragg光栅5位置上彼此间隔90°。

进一步地，所述凹形托盘3的凹槽比光纤光栅测力环4高0.5～1.5mm，从而实现在环状弹性体受力达到其最大受力范围时，受力压缩至与凹形托盘高度相同，T形杆体由凹形托盘支撑，从而保护环状弹性体受力不超过其最大受力范围。

进一步地，所述凹形托盘为圆柱形，底部边缘设有凸台，凸台经螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上。

本实用新型的工作原理如下：所述传感器测力过程中，被测物的应力应变主要由T型杆体下端受力，并由T型杆体顶端传递至环形弹性体，使得环形弹性体敏感元件受到轴向压力时，产生轴向应变，引起光纤Bragg光栅中心波长漂移，光纤Bragg光栅通过输入输出光纤与信号处理装置光链接。利用解调器得到的光纤Bragg光栅中心波长漂移值的情况，即可获得待测物理量的变化情况。

应变引起的光纤Bragg光栅波长的漂移由公式：