[实用新型]一种胶砂式光纤混凝土应力传感器

说明书

本实用新型公开了一种胶砂式光纤混凝土应力传感器，一种胶砂式光纤混凝土应力传感器，包括铠装光缆、壳体、裸光纤和光纤传感解调仪，裸光纤设置在壳体的内部中轴线上且平行于壳体轴向，铠装光缆设置在壳体的进口端，铠装光缆的一端与裸光纤连接，铠装光缆的另一端与光纤传感解调仪相连接；所述的壳体的端部中心处设置有轴向的安装孔。本实用新型采用环氧树脂与砂制作的壳体可使制作好的传感器壳体与待测混凝土介质的物理参数相匹配，采用光纤光栅作为核心敏感元件，且壳体与光缆一体封装，使得传感器抗干扰能力强、精度高，埋入混凝土等恶劣环境中的存活率高、耐久性好。

技术领域

本实用新型属于传感技术领域，特别是涉及一种胶砂式光纤混凝土应力传感器。

背景技术

混凝土和混凝土类材料在冲击荷载作用下的性能，对于研究在地震、突发冲击或爆炸等极端条件下的安全要求是不可或缺的，研究混凝土冲击或抗爆性能就需要了解结构构件在荷载作用下内部应力的分布情况。目前，随着硬目标侵彻武器的发展，钻地武器的侵彻机理研究以及侵彻爆炸效应研究也需要测量混凝土靶板或结构内的冲击应力，以便为侵彻武器的研究与性能改进以及防护材料和防护结构的研究提供必要的数据。此外混凝土或岩石等材料内爆炸冲击应力波测试，对爆破破岩机理的研究都是十分有意义的。

由于混凝土材料内的力学参数测试总是在恶劣的环境条件下进行的，首先是混凝土在浇注的过程中的高水高碱环境，常用的电子类传感器埋入后的性能容易下降，稳定性与耐久性差，成活率较低；其次是动态试验总是会伴随着强冲击和破坏性，这对传感器本身的要求很高；再者，在武器爆炸、战场毁伤评估等试验中火药爆炸产生的强电磁干扰对传感器的影响很大，甚至会影响测量结果的正确性；而且在这些试验中，信号需要传输的距离通常较远，对于传感器输出的弱信号会引起严重衰减和再次引入干扰，造成测量精度下降。此外，测量混凝土结构内的应力应变时，埋入的传感器置换了结构中的一部分混凝土，当进行动态测量时，为消除传感器埋置带来的误差，理论上要求传感器应该与周围介质材料具有相同的密度和波速，但实际上传感器不可能与被测介质完全相同。为了减小测量误差，在选择传感器封装材料时，应尽量考虑封装材料的性质与被测介质接近。

近年来，研究人员提出裸光纤光栅可直接作为应变传感器，但要在防护工程恶劣环境中应用，特别是要实现混凝土结构内部应变等物理量的传感，必须将光纤光栅埋入混凝土结构内部。埋入主要的问题是在埋设光栅的过程中如何保护光栅，保证光栅的成活率，同时光纤在混凝土构件的位置必须要满足参数测试的要求。由于光纤的直径非常小，且光纤Bragg 光栅制造于去掉涂覆层的单模石英光纤上，因此它特别脆弱，尤其抗剪能力差，容易折断，很难适应混凝土在浇筑过程中机械的振动和混凝土的翻动等施工现场的恶劣环境。为了克服以上的困难，人们提出了多种方法，在实际使用中主要是采用封装方式，即将光栅封装于某种结构的材料中，再将封装后形成的传感器埋入混凝土结构中使用。目前在土木工程应用中常采用的封装方式是金属管式封装、钢柱式封装和钢片式封装，这些封装结构的材料均为金属钢材，因钢材与混凝土材料在密度、弹性模量、泊松比、刚度等力学性质方面相差较大，对于介质中动态应变、特别是高速动态应变测量来说，其测量误差较大。因此必须选择合适的封装材料和结构来实现混凝土结构内的动态应力应变的测试。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种胶砂式光纤混凝土应力传感器，具有相容性好、匹配误差小、测试精度高、环境适应性强等优点。

为实现上述使用新型的目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种胶砂式光纤混凝土应力传感器，包括铠装光缆、壳体、裸光纤和光纤传感解调仪，裸光纤设置在壳体的内部中轴线上且平行于壳体轴向，铠装光缆设置在壳体的进口端，铠装光缆的一端与裸光纤连接，铠装光缆的另一端与光纤传感解调仪相连接；所述的壳体的端部中心处设置有轴向的安装孔；所述的裸光纤中部纤芯上还设置有光纤光栅，裸光纤通过安装孔设置在壳体内；所述的光纤传感解调仪为长方体结构，在光纤传感解调仪的一侧设置有铠装光缆连接口。

所述的光纤光栅为在裸光纤上制作的光纤布拉格光栅（FBG）。