CN110645905A - 具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，包括传感器壳体及其内部设置的左粘贴板、弹簧、右粘贴板与带应变光栅的光纤，光纤上位于应变光栅两侧的部位上分别经粘胶点与左、右粘贴板的顶端相连接，左、右粘贴板的内壁经弹簧相连接，一号调节螺栓的左端与左粘贴板的外壁相连接，一号调节螺栓的右端依次穿经左粘贴板、弹簧内部、右粘贴板后与一号调节螺母相连接，所述左、右粘贴板的外壁分别与左、右传动杆的内端对应连接，左、右传动杆的外端分别穿经传感器壳体后与左、右活动接头对应连接。本设计不仅不需改变封装结构就能调整灵敏度，而且能调节测量范围，适用范围较广。

Description

具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法
技术领域
本发明属于光纤光栅应变传感器领域，具体涉及一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法。
背景技术
光纤光栅作为一种比较热门的高新技术之一，与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如体积小、重量轻、精度高、无源、抗电磁干扰、长期稳定性好、借助光纤载体可远距离传输信号等，在航空航天、国防建设、能源、工业生产和日常生活等领域具有巨大的应用前景。
光纤应变传感器封装完好后受环境影响较小，相比传统的应变测试手段如电阻应变片，光纤应变传感器不仅长期稳定性和可靠性更好，而且体积小、抗电磁干扰、耐高温、本质防爆、长期稳定性高，适合于恶劣环境中使用。因此，光纤应变传感器被广泛应用于航天监测、桥梁监测、管道监测、船舶监测等领域。
但是，现有的光纤应变传感器一旦封装完毕，其传感器的灵敏度和测量范围就已固定，而由于应用领域不同，对传感器的应变测量范围和灵敏度要求也不同，使得需要设计不同的封装结构或者改变封装结构才能满足实际需求，这就导致了需要改变传感器灵敏度时非常麻烦。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的必须改变封装结构才能调整灵敏度的缺陷与问题，提供一种不需改变封装结构就能调整灵敏度的具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，包括传感器壳体及其内部设置的单根光纤，该光纤上设置有应变光栅；
所述应变传感器还包括设置在传感器壳体内部的左粘贴板、弹簧、右粘贴板与一号调节螺栓，所述光纤上位于应变光栅两侧的部位上分别设置有一号粘胶点、二号粘胶点，所述一号粘胶点与左粘贴板的顶端相连接，二号粘胶点与右粘贴板的顶端相连接，左粘贴板、右粘贴板左右正对设置，左粘贴板的内壁经弹簧与右粘贴板的内壁相连接，一号调节螺栓的左端与左粘贴板的外壁相连接，一号调节螺栓的右端依次穿经左粘贴板、弹簧内部、右粘贴板后与一号调节螺母相连接，一号调节螺母、一号调节螺栓的连接处位于右粘贴板的外部；
所述左粘贴板的外壁与左传动杆的内端相连接，左传动杆的外端穿经传感器壳体后与左活动接头相连接，所述右粘贴板的外壁与右传动杆的内端相连接，右传动杆的外端穿经传感器壳体后与右活动接头相连接。
所述左粘贴板、右粘贴板与弹簧之间均通过焊接连接。
所述光纤为预拉伸后的状态。
所述一号粘胶点与左粘贴板之间，以及二号粘胶点与右粘贴板之间的连接方式均为通过353ND胶水粘接。
所述左传动杆上位于传感器壳体之外的部位上设置有多个贯穿的左固定孔，所有的左固定孔沿左传动杆的轴向依次设置，二号调节螺栓依次穿经左固定孔、左活动接头后与二号调节螺母相连接。
所述右传动杆上位于传感器壳体之外的部位上设置有多个贯穿的右固定孔，所有的右固定孔沿右传动杆的轴向依次设置，三号调节螺栓依次穿经右固定孔、右活动接头后与三号调节螺母相连接。
所述光纤上位于二号粘胶点、右活动接头之间的部位上设置有温度光栅。
所述一号粘胶点与二号粘胶点之间的距离为lf，所述左活动接头与右活动接头之间的距离为L，所述应变传感器的灵敏度为ε，所述光纤的波长变化为ΔλFBG，则本应变传感器的灵敏度ε为：
Figure BDA0002267887510000021
一种上述具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器的使用方法，包括以下步骤：所述应变传感器通过右活动接头或左活动接头安装在需要测量应变的位置。
所述需要测量应变的位置至少为两个，所述应变传感器的数量至少为两个，单个应变传感器内只设置一根光纤，相邻的光纤之间为并联或串联。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法中，光纤上位于应变光栅两侧的部位上分别通过一号粘胶点、二号粘胶点与左粘贴板、右粘贴板的顶端对应连接，左、右粘贴板的内壁经弹簧相连接，一号调节螺栓的左端与左粘贴板的外壁相连接，一号调节螺栓的右端依次穿经左粘贴板、弹簧内部、右粘贴板后与一号调节螺母相连接，应用时，在不改变封装结构的基础上，只需通过一号调节螺栓、一号调节螺母即可改变左、右粘贴板的间距，改变光纤的预拉伸波长，从而改变光纤的灵敏度，此外，当需要测量的应变范围较宽时，需要较低的灵敏度，高灵敏度传感器则适用于测量小范围的应变，因而，改变灵敏度即可调整测量范围。因此，本发明不需改变封装结构就能调整灵敏度，还能调整测量范围。
2、本发明一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法中，左粘贴板、弹簧、右粘贴板、一号调节螺栓、一号调节螺母都设置在传感器壳体的内部，传感器壳体属于机械结构的封装，一旦封装完成之后，不会与外界环境相接触，能保证光纤光栅传感器的长期使用。因此，本发明的抗干扰性较强，使用寿命较长。
3、本发明一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器及其使用方法中，左粘贴板的外壁与左传动杆的内端相连接，左传动杆的外端穿经传感器壳体后与左活动接头相连接，右粘贴板的外壁与右传动杆的内端相连接，右传动杆的外端穿经传感器壳体后与右活动接头相连接，应用时，本应变传感器通过右活动接头或左活动接头安装在需要测量应变的位置，位置可选性较强，实现了可以在不同的应变范围下使用相同结构的应变传感器的目的，此外，当左传动杆上设置有多个贯穿的左固定孔，右传动杆上设置有多个贯穿的右固定孔时，可调性更强，能测量的应变位置更多。因此，本发明得适用范围较广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中左粘贴板、弹簧、右粘贴板之间连接关系的主视图。
图3是图2的立体结构示意图。
图4是图1中左传动杆、左活动接头之间连接关系的结构示意图。
图5是图4的俯视图。
图6是图1中右传动杆、右活动接头之间连接关系的结构示意图。
图7是图6的俯视图。
图中：传感器壳体1、光纤2、应变光栅21、温度光栅22、一号粘胶点23、二号粘胶点24、左粘贴板3、左传动杆31、左活动接头32、左固定孔33、弹簧4、右粘贴板5、右传动杆51、右活动接头52、右固定孔53、一号调节螺栓6、一号调节螺母61、二号调节螺栓7、二号调节螺母71、三号调节螺栓8、三号调节螺母81。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图7，一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，包括传感器壳体1及其内部设置的单根光纤2，该光纤2上设置有应变光栅21；
所述应变传感器还包括设置在传感器壳体1内部的左粘贴板3、弹簧4、右粘贴板5与一号调节螺栓6，所述光纤2上位于应变光栅21两侧的部位上分别设置有一号粘胶点23、二号粘胶点24，所述一号粘胶点23与左粘贴板3的顶端相连接，二号粘胶点24与右粘贴板5的顶端相连接，左粘贴板3、右粘贴板5左右正对设置，左粘贴板3的内壁经弹簧4与右粘贴板5的内壁相连接，一号调节螺栓6的左端与左粘贴板3的外壁相连接，一号调节螺栓6的右端依次穿经左粘贴板3、弹簧4内部、右粘贴板5后与一号调节螺母61相连接，一号调节螺母61、一号调节螺栓6的连接处位于右粘贴板5的外部；
所述左粘贴板3的外壁与左传动杆31的内端相连接，左传动杆31的外端穿经传感器壳体1后与左活动接头32相连接，所述右粘贴板5的外壁与右传动杆51的内端相连接，右传动杆51的外端穿经传感器壳体1后与右活动接头52相连接。
所述左粘贴板3、右粘贴板5与弹簧4之间均通过焊接连接。
所述光纤2为预拉伸后的状态。
所述一号粘胶点23与左粘贴板3之间，以及二号粘胶点24与右粘贴板5之间的连接方式均为通过353ND胶水粘接。
所述左传动杆31上位于传感器壳体1之外的部位上设置有多个贯穿的左固定孔33，所有的左固定孔33沿左传动杆31的轴向依次设置，二号调节螺栓7依次穿经左固定孔33、左活动接头32后与二号调节螺母71相连接。
所述右传动杆51上位于传感器壳体1之外的部位上设置有多个贯穿的右固定孔53，所有的右固定孔53沿右传动杆51的轴向依次设置，三号调节螺栓8依次穿经右固定孔53、右活动接头52后与三号调节螺母81相连接。
所述光纤2上位于二号粘胶点24、右活动接头52之间的部位上设置有温度光栅22。
所述一号粘胶点23与二号粘胶点24之间的距离为lf，所述左活动接头32与右活动接头52之间的距离为L，所述应变传感器的灵敏度为ε，所述光纤2的波长变化为ΔλFBG，则本应变传感器的灵敏度ε为：
Figure BDA0002267887510000051
一种上述具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器的使用方法，包括以下步骤：所述应变传感器通过右活动接头52或左活动接头32安装在需要测量应变的位置。
所述需要测量应变的位置至少为两个，所述应变传感器的数量至少为两个，单个应变传感器内只设置一根光纤2，相邻的光纤2之间为并联或串联。
实施例1：
参见图1至图3，本发明在应用时，一号粘胶点23与二号粘胶点24之间的距离为lf，左活动接头32与右活动接头52之间的距离为L，应变传感器的灵敏度为ε，光纤2的波长变化为ΔλFBG，因此，本应变传感器的灵敏度ε为：
Figure BDA0002267887510000052
因而，只需通过改变lf与L的比值，就可以改变本应变传感器的灵敏度，而调节左粘贴板3、右粘贴板5之间的距离(通过一号调节螺栓6、一号调节螺母61能实现弹簧4的拉伸和压缩，以控制左粘贴板3、右粘贴板5之间的距离)就可以改变lf，改变光纤2的预拉伸波长，以此来改变本应变传感器可以测量的应变范围。
参见图4与图5，本应变传感器通过左活动接头32安装在需要测量应变的位置，左传动杆31与左活动接头32通过二号调节螺栓7、二号调节螺母71连接，二号调节螺栓7插入左传动杆31上不同的左固定孔33中可以实现将左活动接头32固定在杆件上的不同位置,。
参见图6与图7，本应变传感器通过右活动接头52安装在需要测量应变的位置，右传动杆51与右活动接头52通过三号调节螺栓8连接，三号调节螺栓8插入右传动杆51上不同的右固定孔53中可以实现将右活动接头52固定在杆件上的不同位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，包括传感器壳体(1)及其内部设置的单根光纤(2)，该光纤(2)上设置有应变光栅(21)，其特征在于：
所述应变传感器还包括设置在传感器壳体(1)内部的左粘贴板(3)、弹簧(4)、右粘贴板(5)与一号调节螺栓(6)，所述光纤(2)上位于应变光栅(21)两侧的部位上分别设置有一号粘胶点(23)、二号粘胶点(24)，所述一号粘胶点(23)与左粘贴板(3)的顶端相连接，二号粘胶点(24)与右粘贴板(5)的顶端相连接，左粘贴板(3)、右粘贴板(5)左右正对设置，左粘贴板(3)的内壁经弹簧(4)与右粘贴板(5)的内壁相连接，一号调节螺栓(6)的左端与左粘贴板(3)的外壁相连接，一号调节螺栓(6)的右端依次穿经左粘贴板(3)、弹簧(4)内部、右粘贴板(5)后与一号调节螺母(61)相连接，一号调节螺母(61)、一号调节螺栓(6)的连接处位于右粘贴板(5)的外部；
所述左粘贴板(3)的外壁与左传动杆(31)的内端相连接，左传动杆(31)的外端穿经传感器壳体(1)后与左活动接头(32)相连接，所述右粘贴板(5)的外壁与右传动杆(51)的内端相连接，右传动杆(51)的外端穿经传感器壳体(1)后与右活动接头(52)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述左粘贴板(3)、右粘贴板(5)与弹簧(4)之间均通过焊接连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光纤(2)为预拉伸后的状态。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述一号粘胶点(23)与左粘贴板(3)之间，以及二号粘胶点(24)与右粘贴板(5)之间的连接方式均为通过353ND胶水粘接。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述左传动杆(31)上位于传感器壳体(1)之外的部位上设置有多个贯穿的左固定孔(33)，所有的左固定孔(33)沿左传动杆(31)的轴向依次设置，二号调节螺栓(7)依次穿经左固定孔(33)、左活动接头(32)后与二号调节螺母(71)相连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述右传动杆(51)上位于传感器壳体(1)之外的部位上设置有多个贯穿的右固定孔(53)，所有的右固定孔(53)沿右传动杆(51)的轴向依次设置，三号调节螺栓(8)依次穿经右固定孔(53)、右活动接头(52)后与三号调节螺母(81)相连接。
7.根据权利要求1或2所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光纤(2)上位于二号粘胶点(24)、右活动接头(52)之间的部位上设置有温度光栅(22)。
8.根据权利要求1或2所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述一号粘胶点(23)与二号粘胶点(24)之间的距离为lf，所述左活动接头(32)与右活动接头(52)之间的距离为L，所述应变传感器的灵敏度为ε，所述光纤(2)的波长变化为ΔλFBG，则本应变传感器的灵敏度ε为：
Figure FDA0002267887500000021
9.一种权利要求1或2所述的具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器的使用方法，其特征在于所述使用方法包括以下步骤：
所述应变传感器通过右活动接头(52)或左活动接头(32)安装在需要测量应变的位置。
10.根据权利要求9所述的一种具有可调灵敏度的光纤光栅应变传感器的使用方法，其特征在于：
所述需要测量应变的位置至少为两个，所述应变传感器的数量至少为两个，单个应变传感器内只设置一根光纤(2)，相邻的光纤(2)之间为并联或串联。
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