CN202709999U

CN202709999U - 一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器

Info

Publication number: CN202709999U
Application number: CN 201220306192
Authority: CN
Inventors: 韦春龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-06-28

Abstract

一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，属传感器设计和生产技术领域。其特点是,一体化应变单元是轴向有通孔的圆柱体，近两端部对称地各有用于固定安装座的螺纹；在内侧有防水密封圈凹槽环绕；在两端螺纹中部各有垂直轴芯的螺孔，有固定螺钉紧压毛细钢管；在细管中横穿着与毛细钢管粘结一起的光纤尾纤；在圆柱体中心两侧挖去长方体，形成长方体通孔；在长方体通孔两侧中部区，有同方向的上下交错的垂向凹凸沟槽，光纤的光栅处沟糟中，整体构成一体化应变单元的双翼弹性梁结构；一体化应变单元处在外保护管之内。实施本实用新型后，一体化应变单元可由一根金属棒整体加工完成，加工方便，同轴度好，精度高，零件少，易于装配，便于生产。

Description

一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器

技术领域

属传感器技术领域，确切地说是涉及用于物联网中的光纤光栅应变传感器的设计和生产技术。

背景技术

光纤光栅应变传感器以其1）线性好（R>0.99999）; 2）可动态测量； 3）运用波长编码，可进行串联，易于构建中、大型传感网络； 4）无电探测，本质防爆； 5）耐水防腐； 6）耐疲劳性好；等诸多优点，在近十年来，越来越多地应用于土木工程及其相关领域。在长期测量方面，大有取代传统应变传感器之趋势。

目前，光纤光栅应变传感器按外部形状主要分为： 1）裸纤式； 2）片式； 3）管式。

裸纤式结构是直接将光纤光栅粘贴于被测物体，为粗放式应用，无法标定，与现场粘贴情况密切相关，不易控制，且易损坏；片式结构是将光纤粘贴于薄片上，再粘贴或焊于被测物，标定困难，需要外加保护；管式结构吸取了传统应变传感器的优点，外加保护管，更为健壮，不易损坏，标定方便，易于标准化生产。

已有的管式光纤光栅应变传感器按其内部应变单元结构亦可分为： 1）直接应变梁式； 2）拉弦式；中国专利200420009255.6 光纤光栅或光纤应变传感头及其应变测量系统是直接应变梁式的代表；中国专利200420021044.4 开槽结构弹性体光纤光栅应变传感头和中国专利 200910057637.3 一种光纤应变敏感结构及其制造方法是拉弦式的代表。上述两种应变单元结构都是由两端安装固定部分和中间应变弹性梁两部分组成。1）中，将光纤光栅直接粘贴于弹性梁上，随其应变，从而感知外部应变； 2）中，则将光纤光栅两端张拉固定在弹性梁两端，光纤光栅悬置其中，随弹性梁的应变，从而感知外部应变。上述（2）拉弦式结构在线性方面明显优于1）直接应变梁式结构；然而，已有的由拉弦式结构设计制作的光纤光栅应变传感器存在如下缺点：（1）中国专利200420009255.6中，光纤光栅两端直接粘贴在弹性梁两侧，此类方式与梁体粘接面积小，易发生蠕变；（2）中国专利 200910057637.3 中，安装固定部分和中间弹性梁部分为分体设计，导致零件多，需要二次装配调校，较为繁琐，生产周期长，影响生产效率，且调校精度差。

发明内容

本实用新型提供一种便于生产，方便安装使用，又能防水、防腐结构的一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器。

本实用新型采取的技术方案是：

一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，包含一体化应变单元，其方案是：一体化应变单元是轴向有通孔的圆柱体，在圆柱体的近两端部，对称地各有用于固定安装座的螺纹；在紧靠螺纹的内侧，有用于嵌入防水密封圈的凹槽环绕；在两端螺纹中部各有垂直轴芯的螺孔；所述垂直轴芯的螺孔，有着拧入的固定螺钉紧压处在通孔中的毛细钢管；所述毛细钢管为带轴向通孔的细管，细管的横截面近中部有一穿壁的注胶小孔，在细管中横穿着与毛细钢管粘结一起的光纤尾纤；从毛细钢管一端穿出的光纤，通过固定连接头与处在保护尾套内的光纤保护尾缆相接；在圆柱体中心两侧挖去长方体，形成长方体通孔；在长方体通孔两侧中部区，有同方向的上下交错的垂向凹凸沟槽，光纤的光栅处沟糟中，整体构成一体化应变单元的双翼弹性梁结构；一体化应变单元处在外保护管之内。

本实用新型的积极效果是：

实施本实用新型后，由于采用一体化的应变单元设计，所加工的应变单元零件可由一根金属棒整体加工完成或精密铸造完成，加工方便；也由于一体化，光纤固定同轴度好，保证器件性能更佳，且后续装配效率高。同时零件少，易于装配,便于生产,真正实现一体化的应变单元结构生产和使用。

附图说明

图1、为本实用新型的结构示意图，

图2、为一体化应变单元，

图3、两端为长螺纹的一体化应变单元，

图4、一种安装座结构，

图5、U字形安装座结构。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步说明，

一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，包含一体化应变单元4，其结构是：一体化应变单元是轴向有通孔的圆柱体，在圆柱体的近两端部，对称地各有用于固定安装座（6，11）的螺纹；在紧靠螺纹的内侧，有用于嵌入防水密封圈10的凹槽环绕；在两端螺纹中部各有垂直轴芯的螺孔；所述垂直轴芯的螺孔，有着拧入的固定螺钉（5，12）紧压处在通孔中的毛细钢管（7，13）；所述毛细钢管为带轴向通孔的细管，细管的横截面近中部有一穿壁的注胶小孔，在细管中横穿着与毛细钢管粘结一起的光纤尾纤；从毛细钢管一端穿出的光纤，通过固定连接头3与处在保护尾套2内的光纤保护尾缆1相接；在圆柱体中心两侧挖去长方体，形成长方体通孔15；在长方体通孔两侧中部区，有同方向的上下交错的垂向凹凸沟槽16，光纤的光栅9处沟糟中，整体构成一体化应变单元的双翼弹性梁结构；一体化应变单元4处在外保护管8之内。

所述的通孔，是横截面为V字型的通孔14，或横截面为倒梯形的通孔，或横截面为圆型的通孔；所述V字型的通孔，其尖底所处位置，是使处V谷中的毛细钢管处于轴中心。

所述的双翼弹性梁结构，或去掉一侧，即简化为单翼弹性梁结构。

所述的安装座，是中部带有螺孔的任意形状的环形块，所述任意形状是圆形、半圆形、长方形、梯形，如图4；或者安装座是一横置的U字形安装架, 如图5其开口宽度为铣扁的圆柱体宽度, 圆柱体由U字形开口置入,并由两端螺母紧固。

图2和图3分别与所述的安装座的两种形状图4和图5相对应。图2采用图4安装座，适用于埋入式和直接焊接式或粘结式应用；图3两端为长螺纹，且采用图5安装座, 适用于表面安装可调式应用。

Claims

1. 一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，包含一体化应变单元（4），其特征是：一体化应变单元是轴向有通孔的圆柱体，在圆柱体的近两端部，对称地各有用于固定安装座（6，11）的螺纹；在紧靠螺纹的内侧，有用于嵌入防水密封圈（10）的凹槽环绕；在两端螺纹中部各有垂直轴芯的螺孔；所述垂直轴芯的螺孔，有着拧入的固定螺钉（5，12）紧压处在通孔中的毛细钢管（7，13）；所述毛细钢管为带轴向通孔的细管，细管的横截面近中部有一穿壁的注胶小孔，在细管中横穿着与毛细钢管粘结一起的光纤尾纤；从毛细钢管一端穿出的光纤，通过固定连接头（3）与处在保护尾套（2）内的光纤保护尾缆（1）相接；在圆柱体中心两侧挖去长方体，形成长方体通孔（15）；在长方体通孔两侧中部区，有同方向的上下交错的垂向凹凸沟槽（16），光纤的光栅（9）处沟糟中，整体构成一体化应变单元的双翼弹性梁结构；一体化应变单元（4）处在外保护管（8）之内。

2.根据权利要求1所述的一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，其特征是：所述的通孔，是横截面为V字型的通孔（14），或横截面为倒梯形的通孔，或横截面为圆型的通孔；所述V字型的通孔，其尖底所处位置，是使处V谷中的毛细钢管处于轴中心。

3. 根据权利要求1所述的一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，其特征是：所述的双翼弹性梁结构，或去掉一侧，即简化为单翼弹性梁结构。

4. 根据权利要求1所述的一种一体化应变单元的光纤光栅应变传感器，其特征是：所述的安装座，是中部带有螺孔的任意形状的环形块，所述任意形状是圆形、半圆形、长方形、梯形；或者安装座是一横置的U字形安装架，其开口宽度为铣扁的圆柱体宽度, 圆柱体由U字形开口置入,并由两端螺母紧固。