CN115200493A - 一种光纤光栅三维传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光纤光栅三维传感器，包括：x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元的一端连接于同一点，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元的另一端分别通过连接组件连接。本发明通过设置x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元可同时测试三个方向应力，且不增加传感器数量和采集通道，可大幅降低传感器效能，降低维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，具体涉及一种光纤光栅三维传感器。
背景技术
在进行混凝土结构内部应力测试时，目前一般采用混凝土应力传感器。这种传感器仅能测量一个方向应力，如需测试多个方向应力，则需要在相应的方向分别布置传感器，这样传感器数量、数据线及测试通道等均增多，导致工作效率降低，且对后期传感器的维护也会增加难度。因此，实际工程中对结构更紧致，具有多方向测试的新型传感器的需求非常迫切。
随着光纤光栅传感技术的日益成熟，在工程领域的应用越来越广泛。但目前基于光纤光栅的混凝土应力传感器仍然线型，即只能单独测量一个方向的应力。
发明内容
本发明提供一种光纤光栅三维传感器，用以解决上述背景技术中提出的的问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种光纤光栅三维应力传感器，包括：x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元的一端连接于同一点，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元的另一端分别通过连接组件连接。
优选的，所述连接组件包括：第一管型支架、第二管型支架和第三管型支架，所述x轴传感单元和y轴传感单元的另一端通过第一管型支架相连，所述x轴传感单元和z轴传感单元的另一端通过第二管型支架相连，所述y轴传感单元和z轴传感单元的另一端通过第三管型支架相连；
所述x轴传感单元、y轴传感单元和第一管型支架连接形成第一安装腔，所述x轴传感单元、z轴传感单元和第二管型支架相连形成第二安装腔，所述y轴传感单元、z轴传感单元和第三管型支架相连形成第三安装腔。
优选的，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元之间的夹角分别呈90°设置，所述第一管型支架、第二管型支架和第三管型支架均为不锈钢管，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元分别由光纤光栅、金属基纳米复合材料棒、伸缩管和锚固头组成。
优选的，所述x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元的光纤光栅为同一根通长光纤，所述金属基纳米复合材料棒上设有刻槽，所述光纤光栅固定设置在刻槽内，所述金属基纳米复合材料棒放置在伸缩管内，所述伸缩管的两端对称设有锚固头。
优选的，所述伸缩管包括：第一管道和第二管道，所述第一管道一端套设在第二管道内，所述第一管道的另一端与所述金属基纳米复合材料棒的一端固定连接，所述第二管道远离第一管道的一端与金属基纳米复合材料棒的另一端固定连接。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的结构示意图一；
图2为本发明的结构示意图二；
图3为本发明传感单元的结构示意图；
图中：1、x轴传感单元；2、y轴传感单元；3、z轴传感单元；4、第一管型支架；4a、第一安装腔；5、第二管型支架；5a、第二安装腔6、第三管型支架；6a、第三安装腔；7、锚固头；8、金属基纳米复合材料棒；9、伸缩管；10、光纤光栅；11、刻槽；12、第二管道；13、第一管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本发明的实施例提供了一种光纤光栅三维传感器，如图1-2所示，包括：x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的一端连接于同一点，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的另一端分别通过连接组件连接。
其中，优选的，所述连接组件包括：第一管型支架(4)、第二管型支架(5)和第三管型支架(6)，所述x轴传感单元(1)和y轴传感单元(2)的另一端通过第一管型支架(4)相连，所述x轴传感单元(1)和z轴传感单元(3)的另一端通过第二管型支架(5)相连，所述y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的另一端通过第三管型支架(6)相连；
所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和第一管型支架(4)连接形成第一安装腔(4a)，所述x轴传感单元(1)、z轴传感单元(3)和第二管型支架(5)相连形成第二安装腔(5a)，所述y轴传感单元(2)、z轴传感单元(3)和第三管型支架(6)相连形成第三安装腔(6a)。
上述技术方案的工作原理为：将光纤光栅三维传感器安装于被测结构的主体上，安装时将x轴传感单元1、y轴传感单元2和z轴传感单元3与被测结构的三个方向固定连接，第一管型支架4、第二管型支架5和第三管型支架6与被测结构的主体连接，当被测空间结构发生形变时，被测空间结构将挤压或拉伸传感器主体，则安装于测量表面上的各传感单元即可检测出测量表面沿预定方向的应变参数。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过设置x轴传感单元、y轴传感单元和z轴传感单元可同时测试三个方向应力，且不增加传感器数量和采集通道，可大幅降低传感器效能，降低维护成本；通过设置第一安装腔4a、第二安装腔5a和第三安装腔6a可以有效增加光纤光栅三维传感器与被测结构的接触面积，提高了连接的稳固性，有效的增加装置的稳定性和安全性。
实施例2
在上述实施例1的基础上，如图1-3所示，所述x轴传感单元1、y轴传感单元2和z轴传感单元3之间的夹角分别呈90°设置，所述第一管型支架4、第二管型支架5和第三管型支架6均为不锈钢管，所述x轴传感单元1、y轴传感单元2和z轴传感单元3分别由光纤光栅10、金属基纳米复合材料棒8、伸缩管9和锚固头7组成。
其中，优选的，所述x轴传感单元1、y轴传感单元2和z轴传感单元3的光纤光栅10为同一根通长光纤，所述金属基纳米复合材料棒8上设有刻槽11，所述光纤光栅10固定设置在刻槽11内，所述金属基纳米复合材料棒8放置在伸缩管9内，所述伸缩管9的两端对称设有锚固头7。
其中，优选的，所述伸缩管9包括：第一管道13和第二管道12，所述第一管道13一端套设在第二管道12内，所述第一管道13的另一端与所述金属基纳米复合材料棒8的一端固定连接，所述第二管道12远离第一管道13的一端与金属基纳米复合材料棒8的另一端固定连接。
上述技术方案的工作原理为：将光纤光栅10设置于金属基纳米复合材料棒8上的刻槽11内，之后将金属基纳米复合材料棒8放入伸缩管9中，将任一传感单元的伸缩管9左右两侧的锚固头7锚固于混凝土中，再将其余传感单元的光纤伸出混凝土，使光纤的插头露出混凝土，测试时将光纤插头接入采集仪，另一光纤插头为备用插头。
上述技术方案的有益效果为：对于同一根光纤，可在多处刻上光栅，而采集时只需要一个通道，就可以掌握空间结构更多方向应变参数数值，有利于相关人员更全面了解空间结构的情况，提高了装置的便捷性和功能性，而设置伸缩管9，可以将传感单元的长度做一定的延伸，有效提高了装置的连接稳定性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种光纤光栅三维传感器，其特征在于：包括：x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的一端连接于同一点，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的另一端分别通过连接组件连接。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅三维传感器，其特征在于，所述连接组件包括：第一管型支架(4)、第二管型支架(5)和第三管型支架(6)，所述x轴传感单元(1)和y轴传感单元(2)的另一端通过第一管型支架(4)相连，所述x轴传感单元(1)和z轴传感单元(3)的另一端通过第二管型支架(5)相连，所述y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的另一端通过第三管型支架(6)相连；
所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和第一管型支架(4)连接形成第一安装腔(4a)，所述x轴传感单元(1)、z轴传感单元(3)和第二管型支架(5)相连形成第二安装腔(5a)，所述y轴传感单元(2)、z轴传感单元(3)和第三管型支架(6)相连形成第三安装腔(6a)。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅三维传感器，其特征在于，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)之间的夹角分别呈90°设置，所述第一管型支架(4)、第二管型支架(5)和第三管型支架(6)均为不锈钢管，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)分别由光纤光栅(10)、金属基纳米复合材料棒(8)、伸缩管(9)和锚固头(7)组成。
4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅三维传感器，其特征在于，所述x轴传感单元(1)、y轴传感单元(2)和z轴传感单元(3)的光纤光栅(10)为同一根通长光纤，所述金属基纳米复合材料棒(8)上设有刻槽(11)，所述光纤光栅(10)固定设置在刻槽(11)内，所述金属基纳米复合材料棒(8)放置在伸缩管(9)内，所述伸缩管(9)的两端对称设有锚固头(7)。
5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅三维传感器，其特征在于，所述伸缩管(9)包括：第一管道(13)和第二管道(12)，所述第一管道(13)一端套设在第二管道(12)内，所述第一管道(13)的另一端与所述金属基纳米复合材料棒(8)的一端固定连接，所述第二管道(12)远离第一管道(13)的一端与金属基纳米复合材料棒(8)的另一端固定连接。
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