CN108225206A - 一种可重复使用的光纤光栅应变传感器 - Google Patents

一种可重复使用的光纤光栅应变传感器 Download PDF

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Abstract

一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：包括高强度材料壳体(1)、光纤保护套管(2)、光纤(3)、高弹性模量材料涂覆层(4)；光纤(3)上设有光栅(5)，光纤(3)和光栅(5)的外表面涂覆有高弹性模量材料涂覆层(4)，光纤(3)的局部和光栅(5)均固定封装在高强度材料壳体(1)内；光纤保护套管(2)位于高强度材料壳体(1)的两端，套在光纤(3)上，光纤保护套管(2)的局部埋入高强度材料壳体(1)内；高强度材料壳体(1)的第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)与待测设备连接。

Description

一种可重复使用的光纤光栅应变传感器
技术领域
本发明涉及一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，属于传感器技术领域。
背景技术
随着科技的发展，光纤光栅传感器在航空航天、舰船、土木工程、石化工业、电力工业、核工业、医学等领域具有巨大的应用潜力。光纤光栅应变传感器具有抗电磁干扰、体积小、信号易传输、易复用、稳定性好等优点，在测量结构应变，监测结构健康状态等方面具有重要和广泛的应用。
相对于传统电阻应变计而言，光纤光栅传感器具有许多优势。但与此同时，单只光纤光栅传感器相比电阻应变计在成本上也增加了很多，特别是多点短期监测会产生昂贵的费用。目前大多数应变传感器不可重复使用，一些可重复使用的螺钉安装式传感器工艺制作繁琐，体积较大，操作不方便。表贴式的传感器在与试件粘接安装测试完毕后，拆卸困难，取下后基本不可再用。对于不需要长期监测的工程项目，可重复使用的光纤光栅应变传感器会大大降低试验成本，提高测试效率，缩短测试周期。
较为成熟的MOI、HBM等公司生产的金属封装的光纤光栅应变传感器，通过金属结构对光纤光栅进行保护，通过将光纤光栅的两端与金属基底片固定，将待测结构的应变传递到光纤光栅部分；这种光纤光栅应变传感器在测试实验结构时，对于金属结构件一般采用焊点焊接，拆卸困难，难以用于重复使用。另外，还有一些直接粘接的光纤光栅应变传感器，一种是将光纤光栅封装在矩形聚合物内，再应用高强度胶将聚合物与试验件粘接，通过聚合物基底发生应变来传递到光纤光栅部分，另外一种是将光纤光栅直接粘接在待测设备表面上，通过高强度胶传递应变到光纤光栅部分。这种光纤光栅应变传感器，传感器基底或光纤光栅与待测设备粘接面积大，强度高，测试完毕后很难进行拆卸，拆卸后传感器表面不平整，光栅易受破坏，难以再重复测量使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，克服了现有的金属封装光纤光栅应变传感器和直接粘接光纤光栅的光纤光栅应变传感器安装和拆卸困难，不可再重复使用，成本花费较高的问题，克服了可重复使用光纤光栅应变传感的结构和制作工艺复杂、加工精度要求较高、生产周期较慢的问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，包括高强度材料壳体、光纤保护套管、光纤、高弹性模量材料涂覆层；
光纤上设有光栅，光纤和光栅的外表面涂覆有高弹性模量材料涂覆层，光纤的局部和光栅均固定封装在高强度材料壳体内；光纤保护套管位于高强度材料壳体的两端，套在光纤上，光纤保护套管的局部埋入高强度材料壳体内；高强度材料壳体的第一安装基底和第二安装基底与待测设备连接。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述高弹性模量材料涂覆层的材料为聚酰亚胺。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述高强度模量材料涂覆层的厚度为5μm～50μm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述高强度材料壳体的材料为耐高温环氧树脂。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述第一安装基底和第二安装基底尺寸相同，长度为1mm～10mm，宽度为1mm～8mm，厚度为0.1mm～2.0mm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述高强度材料壳体的非安装基底组件的长度为6mm～20mm、宽度为1mm～10mm、厚度为0.3mm～2mm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述高强度材料壳体的第一凸台和第二凸台的长度均为0.5mm～4mm、宽度均为1mm～10mm、厚度均为0.2mm～2.0mm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述光纤保护套管埋入高强度材料壳体内的深度为0.5mm～4mm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述光纤保护套管的外径尺寸为0.2mm～0.5mm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述耐高温环氧树脂的弹性模量大于1GPa。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述光栅距第一安装台和第二安装台的底面的高度为0.2～1.0mm。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述第一安装基底和第二安装基底与待测设备采用高强度胶粘接。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，所述光栅位于高强度材料壳体的中部。
上述可重复使用的光纤光栅应变传感器，可重复使用的光纤光栅应变传感器的安装和拆卸方法为：
步骤一、检查第一安装基底和第二安装基底平整度，用无尘纸粘酒精溶液对第一安装基底和第二安装基底的安装面进行清洗；对待测设备的安装表面进行清洁处理；
步骤二、在第一安装基底和第二安装基底的安装面上涂高强度胶液氰基丙烯酸酯，然后将光纤光栅应变传感器粘接在待测设备表面上；
步骤三、待测试完毕后采用撬动方法拆卸或采用丙酮溶剂溶解胶的方法拆卸；
步骤四、拆卸后用丙酮溶剂浸泡第一安装基底和第二安装基底的安装面，将高强度胶液氰基丙烯酸酯溶解。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明的可重复使用的光纤光栅应变传感器，采用高强度材料一体式制作而成，制作周期短，工艺难度和精度要求低，结构简单；
(2)本发明的可重复使用的光纤光栅应变传感器，其光纤光栅采用短光栅封装而成，体积小，适用于多种形状的结构表面测量，可大大降低试验成本；
(3)本发明的可重复使用的光纤光栅应变传感器，安装和拆卸简单方便，拆卸时不会对光纤光栅区域造成损坏，稳定性好；
(4)本发明的可重复使用的光纤光栅应变传感器，光纤光栅最外层采用高弹性模量材料涂覆，对光纤光栅的保护好，灵敏度和一致性较好。
附图说明
图1为本发明的可重复使用的光纤光栅应变传感器的结构示意图；
图2为图1中A-A位置的剖视图；
图3为高强度材料壳体1的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
图1给出了本发明的可重复使用的光纤光栅应变传感器的结构示意图，图2为图1中A-A位置的剖视图。一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，包括高强度材料壳体1、光纤保护套管2、光纤3、高弹性模量材料涂覆层4；光纤3上设有光栅5，光纤3和光栅5的外表面涂覆有高弹性模量材料涂覆层4，光纤3的局部和光栅5均固定封装在高强度材料壳体1内；光纤保护套管2位于高强度材料壳体1的两端，套在光纤3上，光纤保护套管2的局部埋入高强度材料壳体1内；高强度材料壳体1的第一安装基底1b和第二安装基底1c与待测设备连接。
高强度材料壳体1包括非安装基底组件1a、第一安装基底1b、第二安装基底1c、第一凸台1d、第二凸台1e，如图3所示；非安装基底组件1a的长度为6mm～20mm、宽度为1mm～10mm、厚度为0.3mm～2mm；第一安装基底1b和第二安装基底1c尺寸相同，长度为1mm～10mm，宽度为1mm～8mm，厚度为0.1mm～2.0mm；第一凸台1d和第二凸台1e的长度均为0.5mm～4mm、宽度均为1mm～10mm、厚度均为0.2mm～2.0mm。
本实施例中，第一安装基底1b和第二安装基底1c尺寸相同，长度均为6mm，宽度均为6mm，厚度均为1mm；第一安装基底1b和第二安装基底1c中间的非安装基底组件1a的长度为18mm，宽度为6mm，厚度为1.5mm；第一凸台1d、第二凸台1e的长度均为3mm，宽度均为6mm，厚度为均1.5mm。光纤保护套管2的局部埋入高强度材料壳体1的第一凸台1d和第二凸台1e内，埋入深度为0.5mm～4mm。
光栅5距第一安装台1b和第二安装台1c的底面的高度为0.2～1.0mm。本实施例中，光栅5距第一安装基底1b和第二安装基底1c底面的高度为0.3mm，安装基底通过高强度胶氰基丙烯酸酯与待测设备粘接，将待测设备的应变传递到光栅5，传递效率大于80％。
高弹性模量材料涂覆层4的材料为聚酰亚胺，高强度模量材料涂覆层4的厚度为5μm～50μm，弹性模量大于1GPa；本实施例中高弹性模量材料涂覆层4的厚度为30μm；高弹性模量材料涂覆层4采用光纤涂覆机涂覆在光纤3和光栅5的包层表面。
高强度材料壳体1的材料为耐高温环氧树脂，可在-50℃～250℃进行应变测试，弹性模量大于1Gpa；成型工艺为一体式封装，高强度材料固化后成型。
光纤保护套管2的外径尺寸为0.2mm～0.5mm，本实施例中光纤光栅保护套管2的材料为聚酰亚胺，厚度为40μm，外径为0.6mm，封装内深度为3mm，对伸出光纤进行保护。
现将本发明提供的可重复使用的光纤光栅应变传感器安装和拆卸方法阐述如下：在进行应变测试之前对光纤光栅应变传递率进行标定，检查高强度材料第一安装基底1b和第二安装基底1c平整度，并用无尘纸粘酒精溶液进行表面清洗。再对待测设备表面进行清洁处理，在第一安装基底1b和第二安装基底1c底面上涂抹高强度胶氰基丙烯酸酯，之后将其粘接在已清洁好的待测设备表面上。待测试完毕后可应用刀片类的工具进行旋转撬动拆卸或丙酮溶剂溶解粘接胶进而将传感器拆除，拆卸后用丙酮浸泡将高强度胶液氰基丙烯酸酯溶解，浸泡时间不超过10分钟，以便下次使用。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：包括高强度材料壳体(1)、光纤保护套管(2)、光纤(3)、高弹性模量材料涂覆层(4)；
光纤(3)上设有光栅(5)，光纤(3)和光栅(5)的外表面涂覆有高弹性模量材料涂覆层(4)，光纤(3)的局部和光栅(5)均固定封装在高强度材料壳体(1)内；光纤保护套管(2)位于高强度材料壳体(1)的两端，套在光纤(3)上，光纤保护套管(2)的局部埋入高强度材料壳体(1)内；高强度材料壳体(1)的第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)与待测设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述高弹性模量材料涂覆层(4)的材料为聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述高强度模量材料涂覆层(4)的厚度为5μm～50μm。
4.根据权利要求3所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述高强度材料壳体(1)的材料为耐高温环氧树脂。
5.根据权利要求4所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)尺寸相同，长度为1mm～10mm，宽度为1mm～8mm，厚度为0.1mm～2.0mm。
6.根据权利要求4所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述高强度材料壳体(1)的非安装基底组件(1a)的长度为6mm～20mm、宽度为1mm～10mm、厚度为0.3mm～2mm。
7.根据权利要求4或6所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述高强度材料壳体(1)的第一凸台(1d)和第二凸台(1e)的长度均为0.5mm～4mm、宽度均为1mm～10mm、厚度均为0.2mm～2.0mm。
8.根据权利要求7所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光纤保护套管(2)埋入高强度材料壳体(1)内的深度为0.5mm～4mm。
9.根据权利要求8所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光纤保护套管(2)的外径尺寸为0.2mm～0.5mm。
10.根据权利要求4所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述耐高温环氧树脂的弹性模量大于1GPa。
11.根据权利要求1～6之一所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光栅(5)距第一安装台(1b)和第二安装台(1c)的底面的高度为0.2～1.0mm。
12.根据权利要求1～6之一所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)与待测设备采用高强度胶粘接。
13.根据权利要求1～6之一所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光栅(5)位于高强度材料壳体(1)的中部。
14.根据权利要求1所述的一种可重复使用的光纤光栅应变传感器，其特征在于：可重复使用的光纤光栅应变传感器的安装和拆卸方法为：
步骤一、检查第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)平整度，用无尘纸粘酒精溶液对第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)的安装面进行清洗；对待测设备的安装表面进行清洁处理；
步骤二、在第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)的安装面上涂高强度胶液氰基丙烯酸酯，然后将光纤光栅应变传感器粘接在待测设备表面上；
步骤三、待测试完毕后采用撬动方法拆卸或采用丙酮溶剂溶解胶的方法拆卸；
步骤四、拆卸后用丙酮溶剂浸泡第一安装基底(1b)和第二安装基底(1c)的安装面，将高强度胶液氰基丙烯酸酯溶解。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109799587A (zh) * 2018-11-22 2019-05-24 深圳阿珂法先进科技有限公司 一种对裸光纤或光器件进行临时或永久固定的方法
CN109990723A (zh) * 2018-11-30 2019-07-09 东莞理工学院 一种可重复使用的埋入式光栅测量装置
CN113739826A (zh) * 2021-08-13 2021-12-03 湘潭大学 一种光纤传感装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201780103U (zh) * 2010-07-07 2011-03-30 李素贞 用于弯曲变形测量的长标距光纤传感器
CN102460606A (zh) * 2009-05-27 2012-05-16 普睿司曼股份公司 具有应变传感器和监视系统的电缆和用于检测至少一条电缆中的应变的方法
CN102597727A (zh) * 2009-04-22 2012-07-18 霍廷格·鲍德温测量技术有限责任公司 具有光纤布拉格光栅的光学应变仪
CN103673914A (zh) * 2013-12-13 2014-03-26 北京航天时代光电科技有限公司 一种光纤光栅应变传感器及其安装方法
CN203642882U (zh) * 2013-08-02 2014-06-11 东南大学 一种高耐久长标距光纤光栅传感器
US20150116697A1 (en) * 2013-10-31 2015-04-30 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd. Fibre optic taut wire

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102597727A (zh) * 2009-04-22 2012-07-18 霍廷格·鲍德温测量技术有限责任公司 具有光纤布拉格光栅的光学应变仪
CN102460606A (zh) * 2009-05-27 2012-05-16 普睿司曼股份公司 具有应变传感器和监视系统的电缆和用于检测至少一条电缆中的应变的方法
CN201780103U (zh) * 2010-07-07 2011-03-30 李素贞 用于弯曲变形测量的长标距光纤传感器
CN203642882U (zh) * 2013-08-02 2014-06-11 东南大学 一种高耐久长标距光纤光栅传感器
US20150116697A1 (en) * 2013-10-31 2015-04-30 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd. Fibre optic taut wire
CN103673914A (zh) * 2013-12-13 2014-03-26 北京航天时代光电科技有限公司 一种光纤光栅应变传感器及其安装方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109799587A (zh) * 2018-11-22 2019-05-24 深圳阿珂法先进科技有限公司 一种对裸光纤或光器件进行临时或永久固定的方法
CN109990723A (zh) * 2018-11-30 2019-07-09 东莞理工学院 一种可重复使用的埋入式光栅测量装置
CN109990723B (zh) * 2018-11-30 2021-01-12 东莞理工学院 一种可重复使用的埋入式光栅测量装置
CN113739826A (zh) * 2021-08-13 2021-12-03 湘潭大学 一种光纤传感装置
CN113739826B (zh) * 2021-08-13 2023-09-22 湘潭大学 一种光纤传感装置

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