[发明专利]一种小型化三向光纤光栅应变传感器

说明书

本发明公开的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，属于光纤光栅传感和应变测量技术领域。本发明包括传感器基底和一根固定于传感器基底上的光纤；传感器基底上具有三个相同的光栅定位槽、六个相同的光纤定位槽、两个相同的封装辅助槽、第一弧形槽、第二弧形槽和尾纤槽；光纤上具有三个不同中心波长的光纤光栅。将光纤放入光纤定位槽和封装辅助槽内，使用微型压片对光纤进行预固定，保证光纤光栅处于水平且受力的状态，然后通过注胶的方式实现光纤与传感器基底的封装。本发明集成化高、尺寸小、封装一致性好。本发明适用于狭小空间的三向应变测量，能够减少或避免由于光纤光栅倾斜或弯曲带来的应变灵敏系数误差，提高传感器的封装一致性。

技术领域

本发明涉及一种小型化三向光纤光栅应变传感器，属于光纤光栅传感和应变测量技术领域。

背景技术

光纤光栅应变传感器是一种波长调制传感器，可以实现应变值的绝对测量，具有灵敏度高，抗电磁干扰，体积小的优点，广泛应用于各种工程测量与结构健康监测中，其本质安全，绝缘防爆，抗电磁干扰的特点，更是适用于石油、天然气、煤炭、核能、航空航天等复杂危险环境。

对于飞机的应变测量或监测而言，除了少数情况下是单向应力应变，更多的情况下是平面应力状态，因此，需要利用多个光纤光栅来进行应变测量。三向光纤光栅应变传感器不仅可以确定主应变的大小，还可以确定主应变的方向，从而可以通过使用合适的阵列创建飞机结构的载荷谱。根据飞机的结构限制及测量准确性要求，传感器需要满足尺寸小、集成化高且一致性好等特点。

常见的方法是利用三个光纤光栅进行应变测量，相邻光纤光栅之间的夹角为45°或60°。专利“船用三向光纤布拉格光栅传感器(CN201620253096.7)”提出了一种45°三向金属化封装的光纤布拉格光栅传感器，解决了光纤布拉格光栅的温度和应变线性，扩大了传感器的量程至4000με。但传感器由三组单向传感器分别与固定块连接组成，集成性能差，需要引出三根光纤进行光信号传输，未能实现利用单根光纤进行三向应变的测量，不适用于多通路传感器的测量需求。专利“一种三向应变花传感器(CN202023021781.2)”提出了一种由一根光纤围绕成夹角60°的三向应变传感器结构，设置了弹性片和减强孔结构，使形变片更容易随钢结构发生形变，提高了形变片的灵敏度。该结构在封装过程中无法避免光纤光栅发生倾斜或弯曲，从而容易造成传感器的实际应变灵敏系数发生改变，影响应变测量的准确性。

发明内容

为解决光纤光栅在封装时易发生倾斜或弯曲的问题，本发明的目的是提供一种小型化三向光纤应变传感器，对光纤光栅的封装进行定位及预固定，减少或避免由于光纤光栅倾斜或弯曲带来的应变灵敏系数误差，提升传感器封装一致性及测量准确性；同时，有效地减小传感器的封装尺寸，适用于狭小空间的三向应变测量。

本发明的目的是通过下述技术方案实现：

本发明公开的一种小型化三向光纤光栅应变传感器，包括传感器基底和一根固定于传感器基底上的光纤；传感器基底上具有三个相同的光栅定位槽、六个相同的光纤定位槽、两个相同的封装辅助槽、第一弧形槽、第二弧形槽和尾纤槽；光纤上具有三个不同中心波长的光纤光栅。

光纤光栅位于光栅定位槽的中心，且光纤光栅的轴向与光栅定位槽的两条长边平行。

相邻的光栅定位槽之间夹角为45°，竖直方向和水平方向的光栅定位槽分别平行于传感器基底的竖直边和水平边，三个光栅定位槽的中心处于同一圆心角所对的圆弧上。

光纤定位槽分别与光栅定位槽、第一弧形槽和第二弧形槽的两端相连，用于实现对光纤的预固定和胶粘固定。

封装辅助槽、尾纤槽均位于光纤定位槽的延长线上，光纤通过尾纤槽延伸到传感器基底之外，进行信号的传输。

采用注塑的方式制备具有定位、保护功能的传感器基底。

所述三个光栅定位槽的位置确定方法为：

步骤1，确定第一弧形槽的长度；