CN110057309B - 一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法 - Google Patents

一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器，包括光纤，所述光纤的部分刻写有光纤光栅，其特征在于：还包括安装底座和传感器弹性片，所述光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片侧面横向中心线上，所述安装底座焊接固定在被测物体表面，在安装底座上开设有放置槽，传感器弹性片定位到放置槽中且安装有光纤光栅的一侧贴紧被测物体表面，安装底座上设置有用于将传感器弹性片压紧在被测物体表面的压紧组件。被测结构表面的形变通过安装底座和压紧组件传递至传感器弹性片以及光纤光栅上，该传感器在不同工况下所测得的数据准确度高且传感器的灵敏度系数一致性好，从而大大的提高了光纤光栅应变传感器测量值的可靠性。

Description

一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法
技术领域
本发明涉及一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法。
背景技术
由于光纤光栅应变传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、重量轻、体积小等优点，在各种结构健康监测系统中发挥了巨大的作用。就船舶结构健康监测来说，一方面，在船舶航行的过程中可以实时监测船体关键部位的应力情况、疲劳损伤等，遇到危险情况可发出预警，保证船舶安全航行；另一方面，利用采集的监测数据不断优化大型船舶的设计，改善结构，提高造船能力，使船舶更加安全可靠。不难看出，光纤光栅应变传感器测量值的准确性至关重要。
但是，应变传感器在结构监测中的工作环境复杂多变，结构在不同情形(例如直线拉伸变形和弯曲变形)下发生相同程度的变形有可能造成应变传感器输出有差异，即传感器的灵敏度系数出现偏差，即使使用灵敏度系数经过标定的传感器，在部分情形下也会产生较大的测量误差，这就给结构监测系统的量值准确性带来了挑战。如申请号为CN105806248的中国发明专利记载了一种船用光纤光栅应变传感器，其包括传感器形变片、铜套、上封盖、罩壳、下封盖、防护片，所述传感器形变片上面固定连接罩壳，下面固定连接下封盖，罩壳侧面装有水密接头，罩壳上端装有上封盖，所述防护片通过上封盖安装在罩壳中，所述传感器形变片中安装铜套，所述传感器形变片上粘贴有光纤光栅应变片和光纤光栅温度传感器。上述结构的船用光纤光栅应变传感器结构稳定可靠性好，但是，在实际检测使用过程中，由于需要使用一定厚度的安装底座，导致传感器主体与被测结构表面之间有一定的间距，在面对不同工况(拉压、弯曲等)时灵敏度系数不同，从而导致不同工况(拉压、弯曲等)测量过程中的误差较大，且能够紧贴被测结构表面安装的应变传感器往往无法拆卸更换或校准，测量数据可靠性难以保证。
因此，研制一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器，对保证结构健康监测系统的量值准确可靠，具有非常重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种灵敏度系数稳定、准确性高且可反复安装使用的适用于多种工况的光纤光栅应变传感器及其安装拆卸方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器，包括光纤(10)，所述光纤(10)的部分刻写有光纤光栅，其特征在于：还包括安装底座(1)和传感器弹性片(2)，所述光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片(2)侧面横向中心线上，所述安装底座(1)焊接固定在被测物体表面，在安装底座(1)上开设有放置槽(5)，传感器弹性片(2)定位到放置槽(5)中且安装有光纤光栅的一侧贴紧被测物体表面，安装底座(1)上设置有用于将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面的压紧组件。
优选为：所述压紧组件包括压板(4)和若干弹性片紧固螺钉(6)，所述压板(4)可拆卸安装在安装底座(1)上，压板(4)上设置有若干螺孔(7)，弹性片紧固螺钉(6)旋入并穿过螺孔(7)后将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面。
优选为：所述压板(4)上设置有若干定位孔(41)，所述安装底座(1)上设置有安装螺孔(42)，安装螺孔(42)中设置有压板螺钉(43)，压板螺钉(43)穿过定位孔(41)旋入安装螺孔(42)将压板(4)可拆卸安装在安装底座(1)上。
优选为：所述传感器弹性片(2)上对应螺孔(7)设置有辅助弹性片固定孔(8)，弹性片紧固螺钉(6)旋过螺孔(7)后抵住辅助弹性片固定孔(8)将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面。
优选为：所述辅助弹性片固定孔(8)的孔径由朝上而下逐渐减小，所述弹性片紧固螺钉(6)下端呈倒锥形。
优选为：所述安装底座(1)外部套设有罩壳(9)。
优选为：所述罩壳(9)侧壁上设置有若干侧固定螺纹孔(21)，所述安装底座(1)和/或压板(4)上对应侧固定螺纹孔(21)设置有侧固定孔(22)，所述罩壳(8)通过若干侧固定螺钉(23)旋入侧固螺纹孔(21)并穿入侧固定孔(22)中将罩壳(9)固定。
优选为：所述侧固定孔(22)的孔径大于侧固定螺纹孔(21)的孔径。
本发明同时公开一种可反复安装使用且便于校准的适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、预安装：将安装底座(1)焊接固定在被测物体的表面；
2)、安装固定：将安装有光纤(10)的传感器弹性片(2)定位卡入到安装底座(1)上的放置槽(5)中，安装有光纤(10)的一侧贴紧被测物体表面，压板(4)放置到安装底座(1)上，压板螺钉(43)穿过定位孔(41)后旋入到安装螺孔(42)中，并将压板(4)可拆卸安装在安装底座(1)上，弹性片紧固螺钉(6)旋入并穿过螺孔(7)后将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面；
3)、罩壳安装：罩壳(9)套设在安装底座(1)上，并通过将侧固定螺钉(23)旋入侧固定螺纹孔(21)并穿入侧固定孔(22)中对罩壳(9)进行固定；
4)、拆卸更换或校准：松开侧固定螺钉(23)，取下罩壳(9)，并松开压板螺钉(43)，拆下压板(4)，将传感器弹性片(2)从放置槽(5)中取出更换或进行校准。
通过采用上述技术方案，相对于现有技术，本发明的有益效果是：光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片(2)侧面横向中心线上，安装底座(1)直接通过焊接或粘接的方式预先固定在被测物体的表面，安装底座(1)上开设有放置槽(5)，传感器弹性片(2)卡入到放置槽(5)中，其安装有光纤光栅的一侧侧面贴紧被测物体表面，安装底座(1)上设置有压紧组件，用于将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面，实际使用测量过程中，被测物体的变形通过安装底座(1)和压紧组件传递至传感器弹性片(2)以及光纤光栅上，在不同工况(拉压、弯曲等)下，测得的数据准确度高且传感器的灵敏度系数稳定，即本发明的应变传感器能够使在实验室中校准得到的灵敏度系数在不同工况下保持一致，从而大大的提高了光纤光栅应变传感器测量值的可靠性；压板(4)采用可拆卸的方式安装在安装底座(1)上，完成压板(4)的安装后，通过将弹性片紧固螺钉(6)旋入并穿过螺孔(7)后，将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面，传感器弹性片(2)需要进行更换或校准时，将压板(4)从安装底座(1)上拆卸下来，并取出在放置槽(5)中的传感器弹性片(2)进行校准或更换，操作方便快捷，便于对传感器弹性片(2)进行固定，同时方便对传感器弹性片(2)进行拆卸校准或更换；需要拆卸压板(4)时，将压板螺钉(43)从安装螺孔(42)中旋出，取下压板(4)，对传感器弹性片(2)进行更换或校准，完成更换校准后，重新将压板(4)放置到安装底座(1)上，旋入压板螺钉(43)至安装螺孔(42)中对压板(4)进行固定；在传感器弹性片(2)上对应螺孔(7)设置有辅助弹性片固定孔(8)，弹性片紧固螺钉(6)旋过螺孔(7)后抵住辅助弹性片固定孔(8)将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面，用于进一步提高弹性片紧固螺钉(6)对传感器弹性片(2)的紧固强度，使传感器弹性片(2)紧贴被测物体表面；辅助弹性片固定孔(8)的孔径由朝上而下逐渐减小，弹性片紧固螺钉(6)下端呈倒锥形，倒锥状的弹性片紧固螺钉(6)底端配合孔径由上而下逐渐减小的辅助弹性片固定孔(8)，进一步提高了弹性片紧固螺钉(6)底端向下抵住辅助弹性片固定孔(8)的自定位安装结构强度；罩壳(9)通过侧固定螺钉(23)旋入侧固定螺纹孔(21)并穿入侧固定孔(22)中将罩壳(9)固定，将侧固定孔(22)的孔径设置为大于侧固定螺孔(21)的孔径，即侧固定螺钉(23)旋入侧固定螺纹孔(21)后的一端插入到侧固定孔(22)中，罩壳(9)与安装底座(1)和压板(4)之间存在一定的可活动区间，用于消除罩壳(9)影响传感器弹性片(2)的受力，提高了光纤光栅应变传感器测量值的准确性。本发明提供了一种灵敏度系数稳定、准确性高且可反复安装使用的适用于多种工况的光纤光栅应变传感器及其安装拆卸方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中传感器弹性片结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，本发明公开了一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器，包括光纤10，所述光纤10的部分刻写有光纤光栅，在本发明具体实施例中，还包括安装底座1和传感器弹性片2，所述光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片2侧面横向中心线上，所述安装底座1焊接固定在被测物体表面，在安装底座1上开设有放置槽5，传感器弹性片2定位到放置槽5中且安装有光纤光栅的一侧贴紧被测物体表面，安装底座1上设置有用于将传感器弹性片2压紧在被测物体表面的压紧组件。
通过采用上述技术方案，光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片2侧面横向中心线上，安装底座1直接通过焊接或粘接的方式预先固定在被测物体的表面，安装底座1上开设有放置槽5，传感器弹性片2卡入到放置槽5中，其安装有光纤光栅的一侧侧面贴紧被测物体表面，安装底座1上设置有压紧组件，用于将传感器弹性片2压紧在被测物体表面，实际使用测量过程中，被测物体的变形通过安装底座1和压紧组件传递至传感器弹性片2以及光纤光栅上，在不同工况拉压、弯曲等下，测得的数据准确度高且传感器的灵敏度系数稳定，即本发明的应变传感器能够使在实验室中校准得到的灵敏度系数在不同工况下保持一致，从而大大的提高了光纤光栅应变传感器测量值的可靠性。
在本发明具体实施例中，所述压紧组件包括压板4和若干弹性片紧固螺钉6，所述压板4可拆卸安装在安装底座1上，压板4上设置有若干螺孔7，弹性片紧固螺钉6旋入并穿过螺孔7后将传感器弹性片2压紧在被测物体表面。
通过采用上述技术方案，为了便于对传感器弹性片2进行固定，同时方便对传感器弹性片2进行拆卸校准或更换，压紧组件包括压板4和若干弹性片紧固螺钉6，压板4采用可拆卸的方式安装在安装底座1上，完成压板4的安装后，通过将弹性片紧固螺钉6旋入并穿过螺孔7后，将传感器弹性片2压紧在被测物体表面，传感器弹性片2需要进行更换或校准时，将压板4从安装底座1上拆卸下来，并取出在放置槽5中的传感器弹性片2进行校准或更换，操作方便快捷。
在本发明具体实施例中，所述压板4上设置有若干定位孔41，所述安装底座1上设置有安装螺孔42，安装螺孔42中设置有压板螺钉43，压板螺钉43穿过定位孔41旋入安装螺孔42将压板4可拆卸安装在安装底座1上。
通过采用上述技术方案，为了便于对压板4进行拆卸和安装，在压板4上设置有若干定位孔41，安装底座1上设置有安装螺孔42，压板螺钉43穿过定位孔41旋入安装螺孔42将压板4可拆卸安装在安装底座1上，需要拆卸压板4时，将压板螺钉43从安装螺孔42中旋出，取下压板4，对传感器弹性片2进行更换或校准，完成更换校准后，重新将压板4放置到安装底座1上，旋入压板螺钉43至安装螺孔42中对压板4进行固定。
在本发明具体实施例中，所述传感器弹性片2上对应螺孔7设置有辅助弹性片固定孔8，弹性片紧固螺钉6旋过螺孔7后抵住辅助弹性片固定孔8将传感器弹性片2压紧在被测物体表面。
通过采用上述技术方案，为了进一步提高弹性片紧固螺钉6对传感器弹性片2的紧固强度，使传感器弹性片2紧贴被测物体表面，在传感器弹性片2上对应螺孔7设置有辅助弹性片固定孔8，弹性片紧固螺钉6旋过螺孔7后抵住辅助弹性片固定孔8将传感器弹性片2压紧在被测物体表面。
在本发明具体实施例中，所述辅助弹性片固定孔8的孔径由朝上而下逐渐减小，所述弹性片紧固螺钉6下端呈倒锥形。
通过采用上述技术方案，将辅助弹性片固定孔8的孔径由朝上而下逐渐减小，弹性片紧固螺钉6下端呈倒锥形，倒锥状的弹性片紧固螺钉6底端配合孔径由上而下逐渐减小的辅助弹性片固定孔8，进一步提高了弹性片紧固螺钉6底端向下抵住辅助弹性片固定孔8的自定位安装结构强度。
在本发明具体实施例中，所述安装底座1外部套设有罩壳9。
通过采用上述技术方案，为了保护安装底座1、传感器弹性片2及安装底座1上的压板4，在安装底座1外部套设有罩壳9。
在本发明具体实施例中，所述罩壳9侧壁上设置有若干侧固定螺纹孔21，所述安装底座1和/或压板4上对应侧固定螺纹孔21设置有侧固定孔22，所述罩壳8通过若干侧固定螺钉23旋入侧固螺纹孔21并穿入侧固定孔22中将罩壳9固定。
通过采用上述技术方案，为了方便对罩壳9安装和拆卸，在罩壳9侧壁上设置有若干侧固定螺纹孔21，在安装底座1和或压板4侧壁上对应侧固定孔21设置有侧固定孔22，安装时，通过侧固定螺钉23旋入侧固定螺纹孔21并穿入侧固定孔22中将罩壳9固定，拆卸时，松开若干固定螺钉23即可将罩壳9取下。
在本发明具体实施例中，所述侧固定孔22的孔径大于侧固定螺纹孔21的孔径。
通过采用上述技术方案，本发明的罩壳9通过侧固定螺钉23旋入侧固定螺纹孔21并穿入侧固定孔22中将罩壳9固定，将侧固定孔22的孔径设置为大于侧固定螺孔21的孔径，即侧固定螺钉23旋入侧固定螺纹孔21后的一端插入到侧固定孔22中，罩壳9与安装底座1和压板4之间存在一定的可活动区间，用于消除罩壳9影响传感器弹性片2的受力，提高了光纤光栅应变传感器测量值的可靠性。
本发明同时公开一种可反复安装使用且便于校准的适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，在本发明具体实施例中，包括如下步骤：
1)、预安装：将安装底座1焊接固定在被测物体的表面；
2)、安装固定：将安装有光纤10的传感器弹性片2定位卡入到安装底座1上的放置槽5中，安装有光纤10的一侧贴紧被测物体表面，压板4放置到安装底座1上，压板螺钉43穿过定位孔41后旋入到安装螺孔42中，并将压板4可拆卸安装在安装底座1上，弹性片紧固螺钉6旋入并穿过螺孔7后将传感器弹性片2压紧在被测物体表面；
3)、罩壳安装：罩壳9套设在安装底座1上，并通过将侧固定螺钉23旋入侧固定螺纹孔21并穿入侧固定孔22中对罩壳9进行固定；
4)、拆卸更换或校准：松开侧固定螺钉23，取下罩壳9，并松开压板螺钉43，拆下压板4，将传感器弹性片2从放置槽5中取出更换或进行校准。
通过采用上述技术方案，相对于现有技术，本发明的有益效果是：光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片2侧面横向中心线上，安装底座1直接通过焊接或粘接的方式预先固定在被测物体的表面，安装底座1上开设有放置槽5，传感器弹性片2卡入到放置槽5中，其安装有光纤光栅的一侧侧面贴紧被测物体表面，安装底座1上设置有压紧组件，用于将传感器弹性片2压紧在被测物体表面，实际使用测量过程中，被测物体的变形通过安装底座1和压紧组件传递至传感器弹性片2以及光纤光栅上，在不同工况拉压、弯曲等下，测得的数据准确度高且传感器的灵敏度系数稳定，即本发明的应变传感器能够使在实验室中校准得到的灵敏度系数在不同工况下保持一致，从而大大的提高了光纤光栅应变传感器测量值的可靠性；压板4采用可拆卸的方式安装在安装底座1上，完成压板4的安装后，通过将弹性片紧固螺钉6旋入并穿过螺孔7后，将传感器弹性片2压紧在被测物体表面，传感器弹性片2需要进行更换或校准时，将压板4从安装底座1上拆卸下来，并取出在放置槽5中的传感器弹性片2进行校准或更换，操作方便快捷，便于对传感器弹性片2进行固定，同时方便对传感器弹性片2进行拆卸校准或更换；需要拆卸压板4时，将压板螺钉43从安装螺孔42中旋出，取下压板4，对传感器弹性片2进行更换或校准，完成更换校准后，重新将压板4放置到安装底座1上，旋入压板螺钉43至安装螺孔42中对压板4进行固定；在传感器弹性片2上对应螺孔7设置有辅助弹性片固定孔8，弹性片紧固螺钉6旋过螺孔7后抵住辅助弹性片固定孔8将传感器弹性片2压紧在被测物体表面，用于进一步提高弹性片紧固螺钉6对传感器弹性片2的紧固强度，使传感器弹性片2紧贴被测物体表面；辅助弹性片固定孔8的孔径由朝上而下逐渐减小，弹性片紧固螺钉6下端呈倒锥形，倒锥状的弹性片紧固螺钉6底端配合孔径由上而下逐渐减小的辅助弹性片固定孔8，进一步提高了弹性片紧固螺钉6底端向下抵住辅助弹性片固定孔8的自定位安装结构强度；罩壳9通过侧固定螺钉23旋入侧固定螺纹孔21并穿入侧固定孔22中将罩壳9固定，将侧固定孔22的孔径设置为大于侧固定螺孔21的孔径，即侧固定螺钉23旋入侧固定螺纹孔21后的一端插入到侧固定孔22中，罩壳9与安装底座1和压板4之间存在一定的可活动区间，用于消除罩壳9影响传感器弹性片2的受力，提高了光纤光栅应变传感器测量值的准确性。本发明提供了一种灵敏度系数稳定、准确性高且可反复安装使用的适用于多种工况的光纤光栅应变传感器及其安装拆卸方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、预安装：将安装底座(1)焊接固定在被测物体的表面；
2)、安装固定：将安装有光纤(10)的传感器弹性片(2)定位卡入到安装底座(1)上的放置槽(5)中，安装有光纤(10)的一侧贴紧被测物体表面，压板(4)放置到安装底座(1)上，压板螺钉(43)穿过定位孔(41)后旋入到安装螺孔(42)中，并将压板(4)可拆卸安装在安装底座(1)上，弹性片紧固螺钉(6)旋入并穿过螺孔(7)后将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面；
3)、罩壳安装：罩壳(9)套设在安装底座(1)上，并通过将侧固定螺钉(23)旋入侧固定螺纹孔(21)并穿入侧固定孔(22)中对罩壳(9)进行固定；
4)、拆卸更换或校准：松开侧固定螺钉(23)，取下罩壳(9)，并松开压板螺钉(43)，拆下压板(4)，将传感器弹性片(2)从放置槽(5)中取出更换或进行校准；
所述传感器包括光纤(10)，所述光纤(10)的部分刻写有光纤光栅，还包括安装底座(1)和传感器弹性片(2)，所述光纤经过预拉后安装固定在传感器弹性片(2)侧面横向中心线上，所述安装底座(1)焊接固定在被测物体表面，在安装底座(1)上开设有放置槽(5)，传感器弹性片(2)定位到放置槽(5)中且安装有光纤光栅的一侧贴紧被测物体表面，安装底座(1)上设置有用于将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面的压紧组件；
所述压紧组件包括压板(4)和若干弹性片紧固螺钉(6)，所述压板(4)可拆卸安装在安装底座(1)上，压板(4)上设置有若干螺孔(7)，弹性片紧固螺钉(6)旋入并穿过螺孔(7)后将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面；
所述压板(4)上设置有若干定位孔(41)，所述安装底座(1)上设置有安装螺孔(42)，安装螺孔(42)中设置有压板螺钉(43)，压板螺钉(43)穿过定位孔(41)旋入安装螺孔(42)将压板(4)可拆卸安装在安装底座(1)上；
所述传感器弹性片(2)上对应螺孔(7)设置有辅助弹性片固定孔(8)，弹性片紧固螺钉(6)旋过螺孔(7)后抵住辅助弹性片固定孔(8)将传感器弹性片(2)压紧在被测物体表面。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，其特征在于：所述辅助弹性片固定孔(8)的孔径由朝上而下逐渐减小，所述弹性片紧固螺钉(6)下端呈倒锥形。
3.根据权利要求2所述的一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，其特征在于：所述安装底座(1)外部套设有罩壳(9)。
4.根据权利要求3所述的一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，其特征在于：所述罩壳(9)侧壁上设置有若干侧固定螺纹孔(21)，所述安装底座(1)和/或压板(4)上对应侧固定螺纹孔(21)设置有侧固定孔(22)，所述罩壳(9)通过若干侧固定螺钉(23)旋入侧固螺纹孔(21)并穿入侧固定孔(22)中将罩壳(9)固定。
5.根据权利要求4所述的一种适用于多种工况的光纤光栅应变传感器的安装拆卸方法，其特征在于：所述侧固定孔(22)的孔径大于侧固定螺纹孔(21)的孔径。
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