CN113340223B - 一种量程可调的光纤光栅应变传感器及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

一种量程可调的光纤光栅应变传感器及其制备和使用方法，包括刻有光栅的光纤、夹持杆、连接管、弹簧、支座固定件、传感器保护管、跳线保护管。光栅两端分别用胶粘剂粘贴在两个夹持杆上，两个夹持杆之间套上弹簧，两端分别用连接管旋进夹持杆压紧弹簧，对光纤预加预拉应力。两端连接管与两支座固定件相连，两支座固定件之间设有传感器保护管，外端设有跳线保护管。本发明通过改变光栅两端粘贴点之间的距离与两支座固定件之间的距离比值来调整光栅监测量程，此量程可调的光纤光栅应变传感器，可跟据被测对象需要定制量程，可调范围大，灵敏度高，线性度和重复性好，由于传感器结构刚度低，支座尽需微小的力即可固定，采用夹持或焊接均可，安装方便可靠、测量精确，耐久性高。可适用于桥梁、钢结构、混凝土结构等各类结构构件的应力应变测量。

Description

一种量程可调的光纤光栅应变传感器及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及光纤光栅应变监测装置技术领域，具体涉及一种量程可调的光纤光栅应变传感器及其制备和使用方法。

背景技术

光纤光栅技术通过栅格反射波长和移动来感知外界物理量的微小变化。光纤光栅应变传感器通过光纤光栅技术来感应和测量被测结构的应变变化，其性能稳定，精度高，且为绝对的、准分布式数字测量，具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳、耐久性强等优点，特别适用于桥梁、钢结构、混凝土结构、岩土结构等各类结构构件的应力应变测量。

然而各类结构构件应变测量需求不同，光纤光栅应变传感器需扩大其监测量程以适应被测结构的大应变测量，或需增加其监测灵敏度以适应被结构的小应变测量。为扩大其监测量程，201510761374.X公开了一种耦合光纤光栅的大量程智能高强钢丝及其使用方法，利用预应力原理，在制作传感器时通过预拉被测构件钢丝对其凹槽内嵌的光纤光栅产生压应变，使得传感器在服役时利用被预压应变的恢复来监测构件的前期拉应变，从而扩大其监测量程。但此方法需对被测构件进行凹槽预拉处理，无法现场安装，应用范围受到限制；目前市场上其他主流的光纤光栅应变传感器是通过改变光栅测量段的刚度来扩大其监测量程或增加其监测灵敏度系数，但这个刚度改变是有限的，同时其刚度较大时，安装后的稳定性越难以满足。因此亟待有一种新的技术来解决现有技术存在的问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种量程可调的光纤光栅应变传感器及其制备和使用方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种量程可调的光纤光栅应变传感器，包括刻有光栅的光纤(1)、夹持杆(2)、连接管(3)、弹簧(4)、支座固定件(5)、传感器保护管(6)、跳线保护管(7)；

所述光纤(1)两端分别用胶粘剂粘贴在两个夹持杆(2)上，两夹持杆(2)之间套上弹簧(4)，弹簧(4)两端分别用两个连接管(3)旋进夹持杆(2)从而压紧弹簧(4)，对光纤(1)预加预拉应力；两连接管(3)背向弹簧(4)的外端分别与两支座固定件(5)相连，两支座固定件(5)之间设有传感器保护管(6)，两支座固定件(5)外端设有跳线保护管(7)。

进一步的，所述光纤(1)上刻有应变光栅(11)，所述应变光栅(11)长度范围内/不限于此范围内套有裸纤保护管(12)，两端有铠装跳线(13)；当所述传感器设有温度补偿时，所述光纤(1)上还另刻有温度光栅(14)。

进一步的，所述夹持杆(2)为304不锈钢圆形杆，直径4～8mm、长度不小于40mm，全长设有外螺纹(21)，纵向设置凹槽(22)；所述夹持杆(2)数量为两个。

进一步的，所述连接管(3)为304不锈钢圆管，整体长度25mm、壁厚3mm；全长设置有内螺纹(31)，与夹持杆(2)的外螺纹(21)配套；所述连接管(3)外侧端部设置有外螺纹(32)，外螺纹长5mm；所述连接管(3)内侧端部外径内收约1mm，内收长度3mm；所述连接管(3)数量为两个。

进一步的，所述弹簧(4)的外径与连接管(3)中间端非外螺纹处的外径相同，所述弹簧(4)的内径以刚好套进连接管(3)内侧端部为宜；所述弹簧(4)的长度根据与两连接管(3)中间端内侧净距相等。

进一步的，所述支座固定件(5)为304不锈钢圆管，长度25mm、壁厚3.5mm；所述支座固定件(5)内侧端设有内螺纹(51)，并与连接管(3)外侧端外螺纹(32)配套；所述支座固定件(5)外侧端设有M5内螺纹(52)，长度5mm；所述支座固定件(5)数量为两个。

进一步的，所述传感器保护管(6)为304不锈钢圆管，长度与两支座固定件(5)之间净距离相等；所述传感器保护管(6)外径与支座固定件(5)外径相同，内径以刚好套进连接管(3)为宜。

进一步的，所述跳线保护管(7)为304不锈钢圆管，长度25mm、壁厚2mm、外径7mm；内侧端设有外螺纹(71)，与支座固定件(5)外侧端内螺纹(52)配套；所述跳线保护管(7)数量为两个。

基于上述任一所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器的制备方法，具体制作步骤如下：

步骤一、根据监测要求和光纤光栅应变传感器量程可调原理，确定应变光栅(11)两端外侧的光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离为l和两支座固定件(5)中点间的距离l₀；所述光纤光栅应变传感器量程可调的原理：应变光栅(11)两端外侧的光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离为l，应变光栅(11)的应变为ε，两支座固定件(5)中点间的距离为l₀，设被测对象的应变ε0，由于夹持杆(2)和远远大于光纤(1)的刚度，则l的变形量Δl与l₀在被测对象受力产生的变形量Δl₀近似相等，则有：

即有：

从上面公式可知：应变光栅(11)的应变ε和被测对象的应变ε0之比与两支座固定件(5)中点间的距离为l₀和光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离l之比相等，即改变l₀和l之间的比值，即可调所述整光纤光栅应变传感器的量程；当被测对象的应变ε₀远小于光纤光栅的极限应变4000-7000με时，根据需要可适当增加光纤光栅的灵敏度，即使光纤光栅所监测的应变为ε大于ε₀，只需使l小于l₀即可；当被测对象的应变ε₀大于光纤光栅的极限应变时，根据需要可增大光纤光栅的监测量程，即使光纤光栅所监测的应变为ε小于ε₀，只需使l大于l₀即可，具体做法是有一小段光纤放在夹持杆(2)的凹槽(22)内不粘贴，留此一段光纤自由长度后往夹持杆(2)外侧粘贴光纤；

步骤二、依据步骤一所确定l，确定应变光栅(11)两外侧端光纤上两个粘贴起始点：取光纤(1)，摆成直线状，以应变光栅(11)为对称中心量出l的长度，在光纤上标识出l长度的两端点，此两端点即为光纤在夹持杆(2)的凹槽(22)的两个粘贴起始点，同时在l的长度范围内套上裸纤保护管(12)，确保裸纤保护管(12)比l稍长；

步骤三、计算夹持杆长度并确定凹槽上的粘贴点：根据步骤一已确定的l₀和l的大小关系，确定光纤粘贴点在夹持杆(2)的位置，计算出夹持杆(2)的长度:当l＜l₀时，夹持杆(2)的长度为光纤粘贴长度；当l≥l₀时，夹持杆(2)的长度为光纤粘贴长度加上(l-l₀)，其中粘贴长度不小于40mm。取长度满足要求的两个夹持杆(2)，确定光纤在夹持杆(2)的粘贴位置，用光纤粘贴专用胶(8)将光纤从两个粘贴起始点往外侧对称地粘贴在两夹持杆(2)的凹槽(22)内，粘贴长度不小于40mm；待粘贴胶完全固化后待用；

步骤四、粘贴温补光栅(14)：当所述传感器设有温度补偿时，用光纤粘贴专用胶(8)将所述光纤(1)上刻有的温补光栅(14)全程粘贴在任一一个夹持杆(2)的凹槽(22)内,待粘贴胶完全固化后待用；温度补偿原理如下：由于夹持杆(2)的刚度远远大于光纤的刚度，被测对象在l₀范围内产生的变形量Δl₀几乎全部由两端分别粘贴在两个夹持杆(2)之间的光纤光栅承担，而分开的两个夹持杆(2)本身不产生变形量，因此全程粘贴在夹持杆(2)上的温补光栅(14)的变形量与夹持杆(2)的变形量相等为零，不会因被测对象的变形而产生应变，如此，温补光栅(14)的中心波长的变化只与温度有关，从而实现温度补偿；

步骤五：组装连接管(3)和弹簧(4)并对光纤光栅进行预拉伸：取弹簧(4)，将步骤三和步骤四做好的光纤(1)及夹持杆(2)组件穿入弹簧，使弹簧(4)位于两夹持杆(2)之间，再将光纤(1)两端分别穿过连接管(3)，两端连接管(3)通过配套内螺纹(31)初步旋入两端夹持杆(2)；在光纤一端熔接光纤跳线，接上光纤光栅解调仪，并跟据量程所确定的l₀，通过配套内螺纹(31)精确调整两连接管(3)在两夹持杆(2)上的位置，同时通过压紧弹簧(4)，使应变光栅(11)产生微小的预拉力，避免应变光栅(11)处于松驰状态，从而应变光栅(11)的初始应变与被测对象的初始应变同步；在调整两连接管(3)在两夹持杆(2)上的位置时，保持夹持杆(2)不发生旋转，只通过连接管(3)的旋进和旋出精确调整位置；

步骤六、组装支座固定件(5)、传感器保护管(6)以及跳线保护管(7)：取传感器保护管(6)，套入两连接管(3)之间；将光纤(1)依次穿过支座固定件(5)和跳线保护管(7)，穿过后在将外露于夹持杆两端(2)的裸光纤用铠装跳线保护好；按照附图1，组装好支座固件(5)和跳线保护管(7)；至此，所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器制作完成；

步骤七、对光纤光栅应变传感器进行后续应变灵敏度系数和温度灵敏度系数标定，分别得出应变光栅(11)的应变灵敏度系数K₁和温度灵敏度系数K_t1，以及温补光栅(14)的温度灵敏度系数K_t。

进一步的，一种量程可调的光纤光栅应变传感器的使用方法，该传感器的监测对象的应变按如下公式进行计算：

其中：

ε--监测对象的应变；

λ₁--应变光栅(11)当前测量波长(nm)；

λ₀--应变光栅(11)安装完成后初始波长(nm)；

λ_t--温补光栅(14)当前测量波长(nm)；

λ_t0--温补光栅(14)安装完成后初始波长(nm)；

K_t1--标定的应变光栅(11)的温度灵敏度系数；

K_t--标定的温补光栅(14)的温度灵敏度系灵敏；

K₁--标定的应变光栅(11)的应变灵敏度系数。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1、通过将光纤光栅粘贴在两分离开来的夹持杆上，结构刚度小，易产生变形，无论是测量大量程应变还是小量程应变，监测灵敏度都很高，均不小于光纤光栅本身的灵敏度系数，测量精度高。

2、此量程可调的光纤光栅应变传感器，可现场安装于各类结构构件的应变测量，不损伤构件，由于传感器结构刚度小，易产生变形，支座安装时尽需微小的力即可固定，采用夹持或焊接均可，安装方便可靠；

3、由于传感器刚度很小，接近于光纤光栅本身的刚度，安装至被测构件后，不改变被测构件的受力状态；

4、通过改变光栅两端粘贴点之间的距离与两支座固定件之间的距离比值来调整光栅监测量程，比传统的通过调整结构刚度调整量程的传感器而言，量程可调范围大，不仅适用于比光纤光栅本身极限应变小的应变监测，同样也适用于比光纤光栅本身极限应变大的应变监测；

5、制作时通过旋进连接管预压弹簧使光纤光栅产生预拉应变，防止光纤光栅在制作和安装时处于松驰状态，消除制作和安装的初始误差。

6、可设置温补光栅，使传感器适用于有温度变化的环境，通过温补减少测量误差；

7、结构简单，制作和安装方便，成本低，耐久性好。

附图说明

图1：本发明一种量程可调的光纤光栅应变传感器最终状态剖面图；

图2：本发明一种量程可调的光纤光栅应变传感器外观轴测示意图；

图3：本发明中夹持杆纵剖视图(半剖)；

图4：本发明中夹持杆横截面图；

图5：本发明中连接管纵剖视图(半剖)；

图6：本发明中支座固定件纵剖视图(半剖)；

图7：本发明中传感器保护管纵剖视图(半剖)；

图8：本发明中跳线保护管纵剖视图(半剖)；

图9：本发明中量程可调原理图；

图10：本发明中变换例：一种量程可调且自带温补的光纤光栅应变传感器最终状态剖面图。

图中：

1-光纤，11-应变光栅，12-裸纤保护管，13-铠装跳线，14-温补光栅，2-夹持杆，21-夹持杆外螺纹，22-夹持杆凹槽，3-连接管，31-连接管内螺纹，32-连接管外螺纹，4-弹簧，5-支座固定件，51-支座固定件内侧端内螺纹，52-支座固定件外侧端内螺纹，6-传感器保护管，7-跳线保护管，8-光纤粘贴专用胶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：

具体实施例1：

如图1-10所示：一种量程可调的光纤光栅应变传感器，包括刻有光栅的光纤(1)、夹持杆(2)、连接管(3)、弹簧(4)、支座固定件(5)、传感器保护管(6)、跳线保护管(7)；

所述光纤(1)两端分别用胶粘剂粘贴在两个夹持杆(2)上，两夹持杆(2)之间套上弹簧(4)，弹簧(4)两端分别用两个连接管(3)旋进夹持杆(2)从而压紧弹簧(4)，对光纤(1)预加预拉应力；两连接管(3)背向弹簧(4)的外端分别与两支座固定件(5)相连，两支座固定件(5)之间设有传感器保护管(6)，两支座固定件(5)外端设有跳线保护管(7)。

进一步的，所述光纤(1)上刻有应变光栅(11)，所述应变光栅(11)长度范围内/不限于此范围内套有裸纤保护管(12)，两端有铠装跳线(13)；当所述传感器设有温度补偿时，所述光纤(1)上还另刻有温度光栅(14)。

进一步的，所述夹持杆(2)为304不锈钢圆形杆，直径4～8mm、长度不小于40mm，全长设有外螺纹(21)，纵向设置凹槽(22)；所述夹持杆(2)数量为两个。

进一步的，所述连接管(3)为304不锈钢圆管，整体长度25mm、壁厚3mm；全长设置有内螺纹(31)，与夹持杆(2)的外螺纹(21)配套；所述连接管(3)外侧端部设置有外螺纹(32)，外螺纹长5mm；所述连接管(3)内侧端部外径内收约1mm，内收长度3mm；所述连接管(3)数量为两个。

进一步的，所述弹簧(4)的外径与连接管(3)中间端非外螺纹处的外径相同，所述弹簧(4)的内径以刚好套进连接管(3)内侧端部为宜；所述弹簧(4)的长度根据与两连接管(3)中间端内侧净距相等。

进一步的，所述支座固定件(5)为304不锈钢圆管，长度25mm、壁厚3.5mm；所述支座固定件(5)内侧端设有内螺纹(51)，并与连接管(3)外侧端外螺纹(32)配套；所述支座固定件(5)外侧端设有M5内螺纹(52)，长度5mm；所述支座固定件(5)数量为两个。

进一步的，所述传感器保护管(6)为304不锈钢圆管，长度与两支座固定件(5)之间净距离相等；所述传感器保护管(6)外径与支座固定件(5)外径相同，内径以刚好套进连接管(3)为宜。

进一步的，所述跳线保护管(7)为304不锈钢圆管，长度25mm、壁厚2mm、外径7mm；内侧端设有外螺纹(71)，与支座固定件(5)外侧端内螺纹(52)配套；所述跳线保护管(7)数量为两个。

基于上述任一所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器的制备方法，具体制作步骤如下：

步骤一、根据监测要求和光纤光栅应变传感器量程可调原理，确定应变光栅(11)两端外侧的光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离为l和两支座固定件(5)中点间的距离l₀；所述光纤光栅应变传感器量程可调的原理：应变光栅(11)两端外侧的光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离为l，应变光栅(11)的应变为ε，两支座固定件(5)中点间的距离为l₀，设被测对象的应变ε₀，由于夹持杆(2)和远远大于光纤(1)的刚度，则l的变形量Δl与l₀在被测对象受力产生的变形量Δl₀近似相等，则有：

即有：

从上面公式可知：应变光栅(11)的应变ε和被测对象的应变ε₀之比与两支座固定件(5)中点间的距离为l₀和光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离l之比相等，即改变l₀和l之间的比值，即可调所述整光纤光栅应变传感器的量程；当被测对象的应变ε₀远小于光纤光栅的极限应变4000-7000με时，根据需要可适当增加光纤光栅的灵敏度，即使光纤光栅所监测的应变为ε大于ε₀，只需使l小于l₀即可；当被测对象的应变ε₀大于光纤光栅的极限应变时，根据需要可增大光纤光栅的监测量程，即使光纤光栅所监测的应变为ε小于ε₀，只需使l大于l₀即可，具体做法是有一小段光纤放在夹持杆(2)的凹槽(22)内不粘贴，留此一段光纤自由长度后往夹持杆(2)外侧粘贴光纤；

步骤二、依据步骤一所确定l，确定应变光栅(11)两外侧端光纤上两个粘贴起始点：取光纤(1)，摆成直线状，以应变光栅(11)为对称中心量出l的长度，在光纤上标识出l长度的两端点，此两端点即为光纤在夹持杆(2)的凹槽(22)的两个粘贴起始点，同时在l的长度范围内套上裸纤保护管(12)，确保裸纤保护管(12)比l稍长；

步骤三、计算夹持杆长度并确定凹槽上的粘贴点：根据步骤一已确定的l₀和l的大小关系，确定光纤粘贴点在夹持杆(2)的位置，计算出夹持杆(2)的长度:当l＜l₀时，夹持杆(2)的长度为光纤粘贴长度；当l≥l₀时，夹持杆(2)的长度为光纤粘贴长度加上(l-l₀)，其中粘贴长度不小于40mm。取长度满足要求的两个夹持杆(2)，确定光纤在夹持杆(2)的粘贴位置，用光纤粘贴专用胶(8)将光纤从两个粘贴起始点往外侧对称地粘贴在两夹持杆(2)的凹槽(22)内，粘贴长度不小于40mm；待粘贴胶完全固化后待用；

步骤四、粘贴温补光栅(14)：当所述传感器设有温度补偿时，用光纤粘贴专用胶(8)将所述光纤(1)上刻有的温补光栅(14)全程粘贴在任一一个夹持杆(2)的凹槽(22)内,待粘贴胶完全固化后待用；温度补偿原理如下：由于夹持杆(2)的刚度远远大于光纤的刚度，被测对象在l₀范围内产生的变形量Δl₀几乎全部由两端分别粘贴在两个夹持杆(2)之间的光纤光栅承担，而分开的两个夹持杆(2)本身不产生变形量，因此全程粘贴在夹持杆(2)上的温补光栅(14)的变形量与夹持杆(2)的变形量相等为零，不会因被测对象的变形而产生应变，如此，温补光栅(14)的中心波长的变化只与温度有关，从而实现温度补偿；

步骤五：组装连接管(3)和弹簧(4)并对光纤光栅进行预拉伸：取弹簧(4)，将步骤三和步骤四做好的光纤(1)及夹持杆(2)组件穿入弹簧，使弹簧(4)位于两夹持杆(2)之间，再将光纤(1)两端分别穿过连接管(3)，两端连接管(3)通过配套内螺纹(31)初步旋入两端夹持杆(2)；在光纤一端熔接光纤跳线，接上光纤光栅解调仪，并跟据量程所确定的l₀，通过配套内螺纹(31)精确调整两连接管(3)在两夹持杆(2)上的位置，同时通过压紧弹簧(4)，使应变光栅(11)产生微小的预拉力，避免应变光栅(11)处于松驰状态，从而应变光栅(11)的初始应变与被测对象的初始应变同步；在调整两连接管(3)在两夹持杆(2)上的位置时，保持夹持杆(2)不发生旋转，只通过连接管(3)的旋进和旋出精确调整位置；

步骤六、组装支座固定件(5)、传感器保护管(6)以及跳线保护管(7)：取传感器保护管(6)，套入两连接管(3)之间；将光纤(1)依次穿过支座固定件(5)和跳线保护管(7)，穿过后在将外露于夹持杆两端(2)的裸光纤用铠装跳线保护好；按照附图1，组装好支座固件(5)和跳线保护管(7)；至此，所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器制作完成；

步骤七、对光纤光栅应变传感器进行后续应变灵敏度系数和温度灵敏度系数标定，分别得出应变光栅(11)的应变灵敏度系数K₁和温度灵敏度系数K_t1，以及温补光栅(14)的温度灵敏度系数K_t。

进一步的，一种量程可调的光纤光栅应变传感器的使用方法，该传感器的监测对象的应变按如下公式进行计算：

其中：

ε--监测对象的应变；

λ₁--应变光栅(11)当前测量波长(nm)；

λ₀--应变光栅(11)安装完成后初始波长(nm)；

λ_t--温补光栅(14)当前测量波长(nm)；

λ_t0--温补光栅(14)安装完成后初始波长(nm)；

K_t1--标定的应变光栅(11)的温度灵敏度系数；

K_t--标定的温补光栅(14)的温度灵敏度系灵敏；

K₁--标定的应变光栅(11)的应变灵敏度系数。

具体实施例2：

本发明之一种量程可调的光纤光栅应变传感器及其使用方法按上述步骤进行安装使用，通过安装有量程可调的光纤光栅应变传感器对被测构件的应变监测，可获得与用常规光纤光栅应变传感器监测难以实现的有益效果。为突出本发明的实施效果，特将采用本发明的量程可调的光纤光栅应变传感器监测与采用常规光纤光栅应变传感器监测进行对比，如表1所示：

从表1可以看出，相比常规的光纤光栅应变传感器装置及方法，本发明之量程可调的光纤光栅应变传感器及其使用方法在监测精度、量程范围、安装质量、误差以及是否影响被测构件受力状态等各方面具有明显的有益效果，且结构简单，成本低，安装使用便捷，耐久性好。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在不脱离本发明的原理和精神情况下，不经过创造性劳动进行的多种变化、修改或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，包括刻有光栅的光纤(1)、夹持杆(2)、连接管(3)、弹簧(4)、支座固定件(5)、传感器保护管(6)、跳线保护管(7)；

所述光纤(1)两端分别用胶粘剂粘贴在两个夹持杆(2)上，两夹持杆(2)之间套上弹簧(4)，弹簧(4)两端分别用两个连接管(3)旋进夹持杆(2)从而压紧弹簧(4)，对光纤(1)预加预拉应力；两连接管(3)背向弹簧(4)的外端分别与两支座固定件(5)相连，两支座固定件(5)之间设有传感器保护管(6)，两支座固定件(5)外端设有跳线保护管(7)；

该光纤光栅应变传感器的制备方法，具体制作步骤如下：

步骤一、根据监测要求和光纤光栅应变传感器量程可调原理，确定应变光栅(11)两端外侧的光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离为l和两支座固定件(5)中点间的距离l₀；所述光纤光栅应变传感器量程可调的原理：应变光栅(11)两端外侧的光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离为l，应变光栅(11)的应变为ε，两支座固定件(5)中点间的距离为l₀，设被测对象的应变ε₀，由于夹持杆(2)远远大于光纤(1)的刚度，则l的变形量Δl与l₀在被测对象受力产生的变形量Δl₀近似相等，则有：

即有：

从上面公式可知：应变光栅(11)的应变ε和被测对象的应变ε₀之比与两支座固定件(5)中点间的距离为l₀和光纤在两夹持杆(2)的粘贴点之间的距离l之比相等，即改变l₀和l之间的比值，即可调整所述光纤光栅应变传感器的量程；当被测对象的应变ε₀远小于光纤光栅的极限应变4000-7000με时，根据需要可适当增加光纤光栅的灵敏度，即使光纤光栅所监测的应变大于ε₀，只需使l小于l₀即可；当被测对象的应变ε₀大于光纤光栅的极限应变时，根据需要可增大光纤光栅的监测量程，即使光纤光栅所监测的应变小于ε₀，只需使l大于l₀即可，具体做法是有一小段光纤放在夹持杆(2)的凹槽(22)内不粘贴，留此一段光纤自由长度后往夹持杆(2)外侧粘贴光纤；

步骤二、依据步骤一所确定l，确定应变光栅(11)两外侧端光纤上两个粘贴起始点：取光纤(1)，摆成直线状，以应变光栅(11)为对称中心量出l的长度，在光纤上标识出l长度的两端点，此两端点即为光纤在夹持杆(2)的凹槽(22)的两个粘贴起始点，同时在l的长度范围内套上裸纤保护管(12)，确保裸纤保护管(12)比l稍长；

步骤三、计算夹持杆长度并确定凹槽上的粘贴点：根据步骤一已确定的l₀和l的大小关系，确定光纤粘贴点在夹持杆(2)的位置，计算出夹持杆(2)的长度:当l＜l₀时，夹持杆(2)的长度为光纤粘贴长度；当l≥l₀时，夹持杆(2)的长度为光纤粘贴长度加上(l-l₀)，其中粘贴长度不小于40mm；取长度满足要求的两个夹持杆(2)，确定光纤在夹持杆(2)的粘贴位置，用光纤粘贴专用胶(8)将光纤从两个粘贴起始点往外侧对称地粘贴在两夹持杆(2)的凹槽(22)内，粘贴长度不小于40mm；待粘贴胶完全固化后待用；

步骤四、粘贴温补光栅(14)：当所述传感器设有温度补偿时，用光纤粘贴专用胶(8)将所述光纤(1)上刻有的温补光栅(14)全程粘贴在任一一个夹持杆(2)的凹槽(22)内,待粘贴胶完全固化后待用；温度补偿原理如下：由于夹持杆(2)的刚度远远大于光纤的刚度，被测对象在l₀范围内产生的变形量Δl₀几乎全部由两端分别粘贴在两个夹持杆(2)之间的光纤光栅承担，而分开的两个夹持杆(2)本身不产生变形量，因此全程粘贴在夹持杆(2)上的温补光栅(14)的变形量与夹持杆(2)的变形量相等为零，不会因被测对象的变形而产生应变，如此，温补光栅(14)的中心波长的变化只与温度有关，从而实现温度补偿；

步骤五：组装连接管(3)和弹簧(4)并对光纤光栅进行预拉伸：取弹簧(4)，将步骤三和步骤四做好的光纤(1)及夹持杆(2)组件穿入弹簧，使弹簧(4)位于两夹持杆(2)之间，再将光纤(1)两端分别穿过连接管(3)，两端连接管(3)通过配套内螺纹(31)初步旋入两端夹持杆(2)；在光纤一端熔接光纤跳线，接上光纤光栅解调仪，并根据量程所确定的l₀，通过配套内螺纹(31)精确调整两连接管(3)在两夹持杆(2)上的位置，同时通过压紧弹簧(4)，使应变光栅(11)产生微小的预拉力，避免应变光栅(11)处于松弛状态，从而应变光栅(11)的初始应变与被测对象的初始应变同步；在调整两连接管(3)在两夹持杆(2)上的位置时，保持夹持杆(2)不发生旋转，只通过连接管(3)的旋进和旋出精确调整位置；

步骤六、组装支座固定件(5)、传感器保护管(6)以及跳线保护管(7)：取传感器保护管(6)，套入两连接管(3)之间；将光纤(1)依次穿过支座固定件(5)和跳线保护管(7)，穿过后在将外露于夹持杆两端(2)的裸光纤用铠装跳线保护好；组装好支座固定件(5)和跳线保护管(7)；至此，所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器制作完成；

步骤七、对光纤光栅应变传感器进行后续应变灵敏度系数和温度灵敏度系数标定，分别得出应变光栅(11)的应变灵敏度系数K₁和温度灵敏度系数K_t1，以及温补光栅(14)的温度灵敏度系数K_t。

2.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光纤(1)上刻有应变光栅(11)，所述应变光栅(11)长度范围内/不限于此范围内套有裸纤保护管(12)，两端有铠装跳线(13)；当所述传感器设有温度补偿时，所述光纤(1)上还另刻有温补光栅(14)。

3.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述夹持杆(2)为304不锈钢圆形杆，直径4～8mm、长度不小于40mm，全长设有外螺纹(21)，纵向设置凹槽(22)；所述夹持杆(2)数量为两个。

4.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述连接管(3)为304不锈钢圆管，整体长度25mm、壁厚3mm；全长设置有内螺纹(31)，与夹持杆(2)的外螺纹(21)配套；所述连接管(3)外侧端部设置有外螺纹(32)，外螺纹长5mm；所述连接管(3)内侧端部外径内收约1mm，内收长度3mm；所述连接管(3)数量为两个。

5.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述弹簧(4)的外径与连接管(3)中间端非外螺纹处的外径相同，所述弹簧(4)的内径以刚好套进连接管(3)内侧端部为宜；所述弹簧(4)的长度与两连接管(3)中间端内侧净距相等。

6.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述支座固定件(5)为304不锈钢圆管，长度25mm、壁厚3.5mm；所述支座固定件(5)内侧端设有内螺纹(51)，并与连接管(3)外侧端外螺纹(32)配套；所述支座固定件(5)外侧端设有M5内螺纹(52)，长度5mm；所述支座固定件(5)数量为两个。

7.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述传感器保护管(6)为304不锈钢圆管，长度与两支座固定件(5)之间净距离相等；所述传感器保护管(6)外径与支座固定件(5)外径相同，内径以刚好套进连接管(3)为宜。

8.根据权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述跳线保护管(7)为304不锈钢圆管，长度25mm、壁厚2mm、外径7mm；内侧端设有外螺纹(71)，与支座固定件(5)外侧端内螺纹(52)配套；所述跳线保护管(7)数量为两个。

9.基于权利要求1所述的一种量程可调的光纤光栅应变传感器的使用方法，其特征在于，该传感器的被测对象的应变按如下公式进行计算：

其中：

ε₀--被测对象的应变；

λ₁--应变光栅(11)当前测量波长，单位为nm；

λ₀--应变光栅(11)安装完成后初始波长，单位为nm；

λ_t--温补光栅(14)当前测量波长，单位为nm；

λ_t0--温补光栅(14)安装完成后初始波长，单位为nm；

K_t1--标定的应变光栅(11)的温度灵敏度系数；

K_t--标定的温补光栅(14)的温度灵敏度系数；

K₁--标定的应变光栅(11)的应变灵敏度系数。

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