[发明专利]一种光纤光栅高温应变片及其标定方法

说明书

本发明公开了一种光纤光栅高温应变片，包括传感器基片、设置在所述传感器基片上的光纤安装臂以及光纤，所述传感器基片为圆形环状，所述光纤安装臂沿所述传感器基片的内周向内延伸形成，所述光纤沿所述传感器基片的直径方向布置；所述光纤包括一根用于只感受温度的温度光纤；所述传感器基片上设置有不同高度的凸台，所述凸台用于固定所述光纤，所述凸台用于避免不同光纤之间的交叉接触。本发明的光纤光栅高温应变片，剔除了温度对应变测量的影响；传感器基片上的凸台设计，可有效避免FBG光纤交叉接触带来的啁啾现象；应变片具有结构简单、多向应变同步测量、温度补偿、测量精度高等优点，可用于结构表面多方向应变的同步测量。

技术领域

本发明属于结构应变测量和传感器设计领域，具体涉及一种光纤光栅高温应变片及该应变片的标定方法。

背景技术

应变是结构健康监测的重要参数之一，可以有效反应结构内部的受力情况。常用的应变测量方法为电阻应变片测量法，但对于高温、潮湿、强电磁干扰环境下的应变测量，存在粘贴胶水固化时间长、应变片边缘脱胶、电磁干扰严重、零漂、应变片腐蚀、测量信号异常等难题。同时，高温环境下电阻应变片的使用寿命较短，安装存活率低，很难用于结构应变的长期监测。

光纤光栅传感技术是一种基于光信号的测量技术，所采用的光纤光栅敏感元件具有耐腐蚀、体积小、可串接复用、测量精度高、抗电磁干扰等优点，已广泛应用于温度、应变、压力、流量等参数的敏感测量。但目前常用的光纤光栅应变传感器仅能实现结构表面单一方向的应变测量，无法实现结构多方向应变的同步测量。同时，由于光纤光栅对应变和温度同时敏感，因此必须消除温度对应变测量的影响。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种光纤光栅高温应变片，能够消除温度对结构应变测量的影响以及避免出现啁啾现象。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光纤光栅高温应变片，包括传感器基片、设置在所述传感器基片上的光纤安装臂以及光纤，所述传感器基片为圆形环状，所述光纤安装臂沿所述传感器基片的内周向内延伸形成，所述光纤沿所述传感器基片的直径方向布置；所述光纤包括一根用于只感受温度的温度光纤；所述传感器基片上设置有不同高度的凸台，所述凸台用于固定所述光纤，所述凸台用于避免不同光纤之间的交叉接触。

根据本发明的一些优选实施方面，所述光纤包括第一光纤、第二光纤、第三光纤以及第四光纤，所述第一光纤、第二光纤、第三光纤相互交叉设置，所述第一光纤、第二光纤和第三光纤的重叠点为所述传感器基片的圆心；所述第四光纤与所述第一光纤平行设置，所述第一光纤、第二光纤、第三光纤安装在不同的高度，所述第一光纤和第四光纤位于相同的高度，所述第四光纤为所述温度光纤。

在本发明的一些实施例中，光纤为FBG光纤，其中第一光纤和第四光纤安装在光纤安装槽中，第二光纤和第三光纤对称分布于安装槽两侧且分别与安装槽轴线呈45°和-45°夹角。所述第一光纤、第二光纤和第三光纤同时感受结构的应变和温度信息，第四光纤只感受结构的温度信息，用作温度补偿。

根据本发明的一些优选实施方面，所述第一光纤和第四光纤安装在所述光纤安装臂上；所述第二光纤和第三光纤对称分布于所述第一光纤的两侧；所述第二光纤和第三光纤安装在不同高度的所述凸台上。

第一光纤、第二光纤和第三光纤固定时需要进行一定程度的预拉伸，使应变片既可测量拉伸应变也可测量压缩应变。第二光纤和第三光纤在传感器基片上的固定位置设置有不同高度的凸台，以保证第一光纤、第二光纤和第三光纤相互交叉但不接触，避免出现啁啾现象。

根据本发明的一些优选实施方面，包括拉伸装置，所述拉伸装置沿所述传感器基片的外周向外延伸形成，所述拉伸装置用于所述应变片的标定，并在所述标定结束后将所述拉伸装置从所述传感器基片上切除。