CN202339313U - 一种新型的光纤光栅腐蚀传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光纤传感领域。所要解决的技术问题是提供一种新型的光纤光栅腐蚀传感器，能够满足对金属材料腐蚀进行实时监测要求。其特征在于：所述传感器主要由一根中部刻有Bragg光栅2的光纤(1)，U形弹簧(3)、应变片(4)组成；所述Bragg光栅(2)施加一定预应力后用环氧树脂胶封装掩埋进应变片(4)的光栅槽(41)中；所述U形弹簧(3)作为弹性形变的元件，用于给应变片(4)与光纤Bragg光栅(2)施加弹力；所述三者间的配合间隙都用环氧树脂胶进行灌封保护。本实用新型具有结构简单、性能稳定、环境适应性好和易于封装等优点。采用此种封装结构，传感器灵敏度高、体积小、工艺要求低，适合组建多点准分布式监测的传感阵列。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感领域，尤其涉及应用于监测飞行器、桥梁、大型建筑物金属材料腐蚀状况的光纤光栅传感器。
技术背景
在飞行器、桥梁、大型建筑物、设备制造过程控制等许多领域都需要对金属材料腐蚀进行监测。尤其是在大型的飞行器金属材料腐蚀监控方面世界各大制造商每年都要耗费相当大的财力物力去应对。金属腐蚀是一个长期的过程，尤其是当产品接近或超过设计寿命时，腐蚀探测就成为了强烈的需要。现行的腐蚀监测多为目视探测与超声波测试法，需要把设备拆卸分解，会破坏设备的完整性，还可能降低整体设备的结构强度，造成不必要的浪费。超声波测试法很难区分腐蚀产物与原有金属层厚度，很易造成检测失误。
光纤腐蚀传感器是近年来光纤传感技术与腐蚀监检测相结合的产物，不仅可以安全方便地设置在腐蚀容易发生的部位(尤其是隐蔽、狭小的关键部位)，而且可以安全可靠地传输腐蚀信息，达到实时、无损地在线监测，从而使得飞行器、大型建筑物的“健康评估”更为科学合理，减少开支，延长其使用寿命。专利号为200410035476.5的中国专利《监测金属腐蚀的沉积膜光纤传感器及其制备方法》公开了一种在光纤纤芯外表面上真空沉积有被测金属材料的敏感膜的光纤传感器，这种传感器通过监测经光纤传输的光功率变化得到其表面上所沉积的金属材料的腐蚀情况，该传感器的结构如图1所示。但这种传感器数据处理时，金属腐蚀量与光功率间的函数关系精确度低。如图2所示，专利号为200710021728.2的中国专利《长周期光纤光栅的钢筋腐蚀监测方法及其传感器》公开了一种利用贴着钢筋的位置平直地放置一根长周期光纤光栅的监测方法，定期由光谱仪观察长周期光纤光栅的透射谱变化，以此判断光栅是否发生了弯曲，并推断钢筋腐蚀的程度与速率。但该传感器测试设备昂贵、校准困难、准确度低。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种新型的光纤光栅腐蚀传感器，可实现远程非接触、非破坏性测量，能够满足对金属材料腐蚀进行实时监测要求；且结构简单，制造容易，灵敏度高，环境适应性好。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
一种新型的光纤光栅腐蚀传感器；其特征在于：所述传感器主要由一根中部刻有Bragg光栅2的光纤1、U形弹簧3、应变片4组成；
所述应变片4为由被监测的金属材料所制成的金属薄片，所述应变片4上表面从左到右开设有一条光栅槽41；
所述Bragg光栅2施加一定预应力后用环氧树脂胶封装掩埋进应变片4的光栅槽41中；
所述U形弹簧3作为弹性形变的元件，其两端与所述应变片4的左右两端相固定，给应变片4与光纤Bragg光栅2施加弹力；所述Bragg光栅2、U形弹簧3及应变片4三者间的配合间隙都用环氧树脂胶进行灌封保护；所述传感器对其金属表面采用封装保护，使仅有应变片4的厚度方向的金属表面裸露在腐蚀环境中。
在应变片4的左端和右端分别开有两个圆孔供U形弹簧3的两端插入；U形弹簧3的两个圆端面侧面分别开一个方槽32和33，所述方槽32和33与应变片4的圆孔42和43分别匹配，其高度与应变片4的厚度一致；U形弹簧3圆端面上各开设有一条槽31，槽31的宽度与深度和光栅槽41的宽度与深度分别一致。
所述的光纤1为普通单模光纤。
所述的Bragg光栅2是普通Bragg光纤光栅。
本实用新型可带来以下有益效果：
本实用新型的光纤光栅型腐蚀传感器，具有结构简单、性能稳定、环境适应性好和易于封装等优点。采用此种封装结构，传感器灵敏度高、体积小、工艺要求低，适合组建多点准分布式监测的传感阵列。
附图说明
图1为本实用新型的一个较佳实施例的装配构件示意图
图2为本实用新型的一个较佳实施例的U形弹簧外形结构示意图
图3为本实用新型的一个较佳实施例的光纤Bragg光栅外形结构示意图
图4为本实用新型的一个较佳实施例的应变片外形结构示意图
图5为本实用新型的一个较佳实施例的装配体外形图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型的工作原理如下：当应变片4被腐蚀变薄时，压缩U形弹簧3上的弹力与应变片4上的应变量平衡被打破，应变片4被拉伸直到重新达成平衡状态。应变片4被拉伸，拉伸量传递到Bragg光栅2上引起λB漂移。因此，通过监测λB就可以测量应变片4的应变量，由于U形弹簧3施加在应变片4上的弹力引起应变片4的应变量与应变片厚度有关，这样通过转换计算就可得到应变片4被腐蚀的程度。
按照图1所示，将三种零件：一件光纤Bragg光栅2、一件U形弹簧3、一件应变片4依次胶结、固定，可组装成一个光纤光栅型腐蚀传感器。
结合参见图1、图2、图3、图4、图5。
本实施例中，在一根普通单模通信光纤1的纤芯上写入长度均匀光纤Bragg光栅2；应变片4上的光栅槽41的宽度与深度应与U形弹簧3圆端面上的槽31宽度与深度分别一致；U形弹簧3的两个圆端面侧面要分别开一个方槽32和33，其与应变片4的圆孔42和43分别匹配，其高度与应变片4的厚度一致。
本实施例可通过选择各种适宜的材料及相关的机械加工手段，根据各加工件的工程图纸加工成相应零件后封装而成。光纤光栅型腐蚀传感器的封装过程简述如下：
选取所要监测的金属材料加工制作应变片4。把光纤Bragg光栅2小心的平放入应变片4上的光栅槽41内，通过光纤光栅解调仪监控，给光纤Bragg光栅2施加一定的预应力并保持。用环氧树脂胶把施加好预应力的光纤Bragg光栅2封装入应变片4上的光栅槽41内。
在U形弹簧3上套一段防腐蚀的热缩管，热缩管到方槽32和33为止，便于安装应变片4。用电吹风对套好热缩管的U形弹簧3从中间向两边均匀加热，排挤出管内空气使得热缩管与U形弹簧3紧密贴合，保护U形弹簧3不受腐蚀。
通过压缩U形弹簧3将封装有光纤Bragg光栅2的应变片4嵌入U形弹簧3侧面方槽32和33中。缓慢松开U形弹簧3，使得U形弹簧3与应变片4形成稳定的弹性形变结构。对该传感器各元件间相互接触的间隙用环氧树脂胶粘结封装保护。
Claims (4)
1.一种新型的光纤光栅腐蚀传感器；其特征在于：所述传感器主要由一根中部刻有Bragg光栅(2)的光纤(1)、U形弹簧(3)、应变片(4)组成；
所述应变片(4)为由被监测的金属材料所制成的金属薄片，所述应变片(4)上表面从左到右开设有一条光栅槽(41)；
所述Bragg光栅(2)施加一定预应力后用环氧树脂胶封装掩埋进应变片(4)的光栅槽(41)中；
所述U形弹簧(3)作为弹性形变的元件，其两端与所述应变片(4)的左右两端相固定，用于给应变片(4)与光纤Bragg光栅(2)施加弹力；所述Bragg光栅(2)、U形弹簧(3)及应变片(4)三者间的配合间隙都用环氧树脂胶进行灌封保护；所述传感器对其金属表面采用封装保护，使仅有应变片(4)的厚度方向的金属表面裸露在腐蚀环境中。
2.按照权利要求1所述的一种新型的光纤光栅腐蚀传感器；其特征在于：在应变片(4)的左端和右端分别开有两个圆孔供U形弹簧(3)的两端插入；U形弹簧(3)的两个圆端面侧面分别开一个方槽(32)和(33)；所述方槽(32)和(33)与应变片(4)的圆孔(42)和(43)分别匹配，其高度与应变片(4)的厚度一致；U形弹簧(3)圆端面上各开设有一条槽(31)，槽(31)的宽度与深度和光栅槽(41)的宽度与深度分别一致。
3.按照权利要求1或2所述的一种新型的光纤光栅腐蚀传感器；其特征在于：所述的光纤(1)为普通单模光纤。
4.按照权利要求3所述的一种新型的光纤光栅腐蚀传感器；其特征在于：所述的Bragg光栅(2)是普通Bragg光纤光栅。
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN104596437A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-05-06 | 武汉理工大学 | 用于光纤光栅表面应变测量的手持式粘贴工具及方法 |
| CN110514131A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-29 | 西安交通大学 | 一种智能层式光纤光栅二维应变传感器 |
| CN113029976A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-25 | 燕山大学 | 一种弹片式光纤光栅腐蚀监测装置 |
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2011
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