CN107367239A - 一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件 - Google Patents

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刘月明
张亮
严红梅
顾天文
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Abstract

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件。所述光纤光栅传感器件包括耐高温光纤Bragg光栅、环形套管和延伸台。其中环形套管和延伸台为一体化连接，而耐高温光纤Bragg光栅为polyimide涂覆层的特殊光纤Bragg光栅，可以耐300℃高温，光栅粘接固定在延伸台顶端的凹槽上，粘接时需要施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。本发明所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，能够将高温管道外壁应变放大并传递到耐高温光纤Bragg光栅上，同时运用了环形结构，避免了将传感器件直接焊接到高温管道外壁上。

Description

一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件。
背景技术
大量数据结果表明，在排除高温管道制造先天缺陷和人为失误操作的前提下，引起管道泄漏和爆管事故的主要原因是管道材料的高温蠕变和管壁腐蚀，而无论是管道材料的高温蠕变还是管壁腐蚀，其外在效应均会造成管道外壁的明显应变，最终导致管道泄漏或爆裂。为预防高温管道泄漏或爆裂事故的发生，需要对高温管道的外壁应变进行实时检测。
光纤布拉格(Bragg)光栅是利用光纤纤芯材料的光敏性在紫外线下形成的折射率呈周期性变化的一段光纤，当把光纤Bragg光栅用于应变检测时，光纤Bragg光栅应变传感器具有响应速度快、重量轻、结构紧凑、使用灵活、成本低、不受电磁干扰、抗腐蚀等优点，这使它可以对应变进行很好的检测。
本发明采用环形结构，对应变进行放大，实现对光纤光栅应变传感器件的增敏。同时环形结构可以直接套在高温管道外壁，无需焊接，避免了对管道的伤害，以及人力物力的消耗。
发明内容
本发明提出来一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，能够将高温管道外壁应变放大并传递到耐高温光纤Bragg光栅上，同时运用了环形结构，避免了将传感器件直接焊接到高温管道外壁上。
本发明提供一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，所述光纤光栅传感器件包括耐高温光纤Bragg光栅、环形套管和延伸台。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
所述的环形套管和延伸台为一体化连接。
所述的耐高温光纤Bragg光栅为polyimide涂覆层的特殊光纤Bragg光栅，可以耐300℃高温，耐高温光纤Bragg光栅粘接固定在延伸台顶端的凹槽中，粘接时需要对光栅施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。
所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，其灵敏度可通过改变延伸台之间的距离来调节，距离越短灵敏度越高。
本发明所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，通过对材料和结构的合理选取与设计，可以在耐高温300℃的同时，提高传感器的应变灵敏度，对高温管道的安全状况进行检测，同时无需焊接，避免了对管道的伤害。
附图说明
图1为所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件示意图
图2为所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件增敏原理图
具体实施方式
本发明所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，包括环形套管(1)、延伸台(2)和耐高温光纤Bragg光栅(3)。
所述的环形套管(1)和延伸台(2)为一体化的金属结构，环形套管(1)的宽度和厚度可根据不同尺寸高温管道进行设计。
所述一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，如图1所示，为左右对称结构。
所述的环形套管(1)和延伸台(2)的材料宜选用与高温管道外壁相一致的材料，避免不同材料在外界温度变化时由于热膨胀系数差异所引起的热应力，以保证传感器的检测精度。同时该环形套管(1)大小可根据实际高温管道直径进行制作。
所述的耐高温光纤Bragg光栅(3)为polyimide涂覆层的特殊光纤Bragg光栅，可以耐300℃高温，光栅粘接固定在延伸台(2)顶端的凹槽上，粘接时需要施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。
所述的光纤Bragg光栅(3)的栅区部分，如图1所示，位于两个延伸台(2)顶端的中间部位。
所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，其灵敏度可通过改变两个延伸台(2)之间的距离来调节，距离越短灵敏度越高，实际中可根据具体应用场合进行调整以取得最佳效果。
下面结合附图对本发明实例做进一步的阐述：
1.一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件增敏原理
如图2所示，当高温管道外壁表面沿环向产生微变量为ΔL的形变时，环形套管(1)上产生的应变为ε1＝ΔL/(2πR)，微变量ΔL由于传感器件结构的刚性作用，直接集中到两个延伸台(2)之间长度为L的耐高温光纤Bragg光栅(3)上，则长度为L的耐高温光纤Bragg光栅(3)所承受的应变大小为ε2＝ΔL/L，比较ε1和ε2的大小，可知传感器件结构的增敏系数为ε2/ε1＝2πR/L，通过调节L可以改变增敏系数。
2.光纤光栅传感器件的安装与检测
光纤光栅传感器件套在高温管道外壁上，其大小可按照管道大小进行制作。当高温管道外壁表面产生应变时，套在高温管道外壁上的光纤光栅传感器件会将应变放大并传递到耐高温光纤Bragg光栅(3)上，将耐高温光纤Bragg光栅(3)与解调仪相连接，通过对携有高温管道外壁应变信息的反射波长信号进行分析，可以检测出高温管道外壁表面所发生应变的大小。

Claims (2)

1.一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，其特征在于，所述光纤光栅传感器件包括耐高温光纤Bragg光栅、环形套管和延伸台，其中环形套管和延伸台为一体化连接，而耐高温光纤Bragg光栅为polyimide涂覆层的特殊光纤Bragg光栅，可以耐300℃高温，光栅粘接固定在延伸台顶端的凹槽上，粘接时需要施加适当预拉，以保证传感器具有双向应变传感能力。
2.根据权利要求1所述的一种环形结构高温管道外壁应变检测光纤光栅传感器件，其特征在于，所述的传感器件其灵敏度可通过改变两个延伸台之间的距离来调节，距离越短灵敏度越高。
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