[发明专利]一种微应变光纤光栅传感器、应力测量系统及其工作方法

说明书

本发明公开一种微应变光纤光栅传感器、应力测量系统及其工作方法，上压板设置于下压板的上方并与下压板平行设置，第一套筒、第二套筒和第三套筒设置于上压板和下压板之间，第一套筒、第二套筒和第三套筒由内到外依次同轴设置，第二套筒和第三套筒的上下两端分别与上压板和下压板连接，第一套筒的上端与上压板连接，第一套筒的下端与下压板之间留有预设距离，支撑杆的下端与下压板连接，支撑杆的上端伸入第一套筒内，测量光纤光栅设置于第一套筒内，测量光纤光栅的上端通过悬臂梁与支撑杆连接，测量光纤光栅的下端通过悬臂梁与第一套筒连接。本发明的传感器能够对冻土中微应力的测量，并且具有高灵敏度、测量精度较高。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，涉及光纤光栅微应变传感结构，具体是一种微应变光纤光栅传感器、应力测量系统及其工作方法。

背景技术

应力的测量在人民的生产生活中有着重大的作用，目前传统的应力传感器有应变式力传感器、压磁式力传感器、压电式力传感器等。与传统的应力传感器相比，光纤光栅应力传感器具有高灵敏度敏感、抗电磁干扰、响应快、耐久性强等优点。因此，对光纤光栅应力传感器的研究具有广阔前景。目标光纤光栅传感器可以埋入主体结构中来测量微应变，例如在高原等环境中需要对应力进行测量，高原环境中冻土受温度的影响导致冻土微弱的变化，通过测量冻土的微变化实现对冻土应力变化的检测，因此要求传感器能够满足冻土测量的使用环境以及较高的检测精度，目前的传感器无法满足使用要求，因此亟需一种针对冻土微弱的变化测量的相关传感器。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种微应变光纤光栅传感器、应力测量系统及其工作方法，本发明的传感器能够对冻土中微应力的测量，并且具有高灵敏度、测量精度较高。

本发明采用的技术方案如下：

一种微应变光纤光栅传感器，包括上压板、下压板、测量光纤光栅、支撑杆、第一套筒、第二套筒和第三套筒，上压板设置于下压板的上方并与下压板平行设置，第一套筒、第二套筒和第三套筒设置于上压板和下压板之间，第二套筒套在第一套筒的外部，第三套筒套在第二套筒的外部，第二套筒和第三套筒的上下两端分别与上压板和下压板连接，第二套筒和第三套筒均为轴向能够伸缩的弹性元件，第一套筒的上端与上压板连接，第一套筒的下端与下压板之间留有预设距离，支撑杆的下端与下压板连接，支撑杆的上端伸入第一套筒内，测量光纤光栅设置于第一套筒内，测量光纤光栅的上端通过悬臂梁与支撑杆连接，测量光纤光栅的下端通过悬臂梁与第一套筒连接。

优选的，第一套筒的外壁设有补偿光纤光栅，补偿光纤光栅沿第一套筒的长度方向布置。

优选的，第二套筒上设有波纹管段。

优选的，第三套筒上设有向外凸出的弧形段。

优选的，所述弧形段为半圆弧形。

优选的，所述测量光纤光栅呈压缩状态。

优选的，上压板和下压板均为圆心板，第一套筒、第二套筒和第三套筒均为圆柱状，上压板、下压板、支撑杆、第一套筒、第二套筒和第三套筒同轴设置。

本发明还提供了一种应力测量系统，包括激光光源、光谱仪、计算机和本发明如上所述的微应变光纤光栅传感器，激光光源与测量光纤光栅输入端连接，测量光纤光栅的输出端与光谱仪连接，光谱仪与计算机连接。

本发明所述应力测量系统的工作方法，包括如下过程：

激光光源输出激光，耦合进光纤后，传播到测量光纤光栅，在测量光纤光栅反射一定的中心波长信号；当外界对上压板和下压板施加应力后，测量光纤光栅周期发生变化，通过光谱仪分析，获取测量光纤光栅波长漂移量的大小，进而得出外界微应力的大小。

优选的，当所述应力测量系统还包括补偿光纤光栅，补偿光纤光栅设置于第一套筒的外壁并沿第一套筒的长度方向布置；激光光源与补偿光纤光栅输入端连接，补偿光纤光栅的输出端与光谱仪连接；