[发明专利]一种内部应力量测装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内部应力量测装置及其制备方法，该内部应力量测装置主要由主体和底盖组成。该主体和底盖均通过3D熔融沉积打印技术加工完成，为一体化设计，克服了现有传感器的传统加工工艺的缺点。该内部应力量测装置设置为双层一体化结构，将第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器嵌入装置中，使得第一光纤光栅传感器与第一膜片、第二光纤光栅传感器与空心柱体充分接触，二者协同变形，解决了裸光纤光栅由于其脆弱、纤细、容易折断且抗剪能力差等特点，难以在土木工程中直接达到实际应用的问题，不仅可以量测土体上覆压力，还能量测土体下部的水压力，做到一个传感器两个用途的目标。该制备方法缩短了加工周期，降低了制作成本。

技术领域

本发明涉及光纤光栅压力传感器技术领域，特别涉及一种内部应力量测装置及其制备方法。

背景技术

光纤布拉格光栅(FBG)是一种使用强烈的紫外线激光以空间变化的方式刻录在标准单模光纤中心的光学传感器，因其具有的独特优势而应用于土木工程、航空航天、石油化工、电力、医疗、船舶工业等诸多领域。

现有传感器一般多采用传统的成型技术，而传统的成型技术在传感器开发方面有某些不足之处：模型加工周期长，小批量生产造价昂贵，传感器一般都是组装而成，只能量测土压力。裸光纤光栅由于其脆弱、纤细、容易折断且抗剪能力差等特点，在土木工程中无法直接达到实际应用的标准。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种内部应力量测装置及其制备方法，降低小批量或单间传感器的生产周期和成本，使得传感器可以实际应用出光纤光栅的效用。

本发明所采用的技术方案是：一种内部应力量测装置，包括：

主体，包括第一膜片、第一光纤光栅传感器、侧壁和第二膜片，该侧壁环绕设置在第一膜片外圈且该第一膜片设置在该侧壁的一侧端口，该侧壁环绕形成的空间内设置有第二膜片，该第一膜片、侧壁和第二膜片围成第一空腔，该第一空腔为密闭空腔，该第一光纤光栅传感器固定连接在第一膜片上；以及

底盖，包括底盖膜片、空心柱体和第二光纤光栅传感器，该空心柱体设置在该底盖膜片顶面，该第二光纤光栅传感器固定连接在该空心柱体的侧面，该空心柱体设置有顶盖，该空心柱体与底盖围成第二空腔，该第二空腔为密闭空腔，该底盖与主体之间组合形成第三空腔，该第三空腔位于该空心柱体的外侧，该侧壁设置有只通向第三空腔的流水通孔。

有益效果：该内部应力量测装置是一体化装置，将第一光纤光栅传感器和第二光纤光栅传感器固定在装置中，使得光纤光栅传感器与膜片充分接触，二者协同变形，解决了裸光纤光栅由于其脆弱、纤细、容易折断且抗剪能力差等特点，不能在土木工程中直接达到实际应用的问题。该内部应力量测装置的结构设计使得该装置不仅可以量测土体上覆压力，还能量测土体下部的水压力，做到一个装置两个用途的目标。

进一步地，该第一膜片设置有用于放置第一光纤光栅传感器的第一凹槽，该空心柱体的内侧面设置有第二凹槽，该第二光纤光栅传感器固定连接在第二凹槽内。

进一步地，该侧壁上开有输出口，该第二光纤光栅传感器的信号传输尾纤部分通过输出口穿出。

进一步地，该侧壁外侧设置有保护手柄，该保护手柄设置在第一光纤光栅传感器的穿出处。

进一步地，该空心柱体设置为半圆柱形，该空心柱体的直径小于底盖膜片的直径，该空心柱体的中心轴线与该底盖膜片的中心轴线重合。

进一步地，该第三空腔处的侧壁设置有若干流水通孔，若干流水通孔朝向该空心柱体的直线段。

一种内部应力量测装置的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过3D打印装置制备，先加工上覆压力的第一膜片，打印一定厚度的第一膜片，第一膜片上设置有第一凹槽，第一凹槽用于敷设第一光纤光栅传感器，开始打印侧壁时，暂停打印；