CN203432538U - 一种光纤光栅裂缝传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光纤光栅裂缝传感器，包括传感器固定板和设置在传感器固定板上的方形底盒，所述方形底盒左端固定在等强度梁上，方形底盒右端固定在等截面梁上；所述方形底盒内左侧和右侧分别设有光纤光栅一和光纤光栅二，所述光纤光栅一和光纤光栅二分别固定在等强度梁和等截面梁上，光纤光栅一和光纤光栅二均连接有光纤；所述方形底盒中部贯穿有拉杆，所述拉杆中部通过拉杆固定块与等强度梁的一端固定连接。本实用新型的有益效果为：光纤光栅测量灵敏度高、精度高；整个盒体部件少结构简单，成本低；通过两个分别设置的光纤光栅，实现了温度与裂缝微小位移的同时测量；光纤传输，能在易腐蚀等恶劣环境中长期可靠工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤光栅裂缝传感器。
背景技术
大型土木工程结构的健康监测对其的长期安全运行有重要的意义，而裂缝是其中最令人关注的、首要的质量问题，尤其在混凝土结构中防裂缝是施工的基本要求。混凝土裂缝超过0.2 ~0.4mm，就可能由于混凝土内部钢筋的腐蚀导致结构的使用寿命缩短。大到1~2mm宽的裂缝则可能由于长期过载直接导致结构严重破坏，给人民生命财产造成了重大的损失。这表明大型土木结构的裂缝监测必不可少。
对混凝土结构的裂缝进行评估，其传统方法包括直接观察法、敲击回波法、声发射探伤法以及红外热成像法等。这些方法不能直接测量出裂缝的宽度，属点式监测。目前，普通电式、振弦式微位移传感器安装在结构上，可以短期或者长期测量结构在各种荷载下的位移，以分析结构的受力状况。但此类位移传感器在工程应用中尚有一定的局限性，如电式位移传感器容易受到电磁干扰、测量信号不稳定，振弦式位移传感器长期使用时会产生徐变、长期稳定性差等。
光纤光栅传感是近些年来发展起来的新型传感技术，具有耐腐蚀、可串接复用和信号传输距离远等优势，受到各工程应用领域的广泛关注。例如专利号为200520134342.9的中国专利“滚轴式光纤光栅裂缝传感器”是在一封装盒内设有同心不同直径的金属滚轴、轴承，金属滚轴的不同直径外圆处设有刚性连接的金属探杆和粘贴有光纤光栅的微细金属杆，金属探杆穿越封装盒向外延伸，金属杆的另一端与封装盒侧壁固定。但是该传感器结构过分复杂，部件安装不便。而且该传感器选用的是单光栅结构，没有消除温度带来的影响。还如专利号为201020597175.2的中国专利“光纤光栅位移传感器”采用将光纤光栅与弹簧一端连接，弹簧另一端与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端与固定子连接，光纤光栅和弹簧外部设有钢管和基座滑动连接组成的保护装置，但是采用单光栅结构，无法进行温度补偿。又如专利号为200920040658.X的中国专利“温度自补偿光纤光栅位移传感器”是利用毛细金属管封装的两只裸光纤光栅通过金属连接块、弹簧和连接杆与探头相连，探头通过金属盒的导杆孔可以自由伸缩。但是此结构的传感器在工作时，左右对称的两个光纤光栅同时受到拉伸和挤压的应力，在消除温度影响的同时无法对传感器工作温度进行测量。同时在传感器内部设计了两个弹簧，传感器结构过于复杂，组装不便。又如专利号为201020595900.2的中国专利“双悬臂梁式光纤Bragg位移传感器”是将楔形块和两只等强度悬臂梁被封装在圆柱形金属筒内。楔形块的中间有一金属杆穿过，当金属杆产生位移时，会带动楔形块产生相应的位移，并促使等强度悬臂梁的自由端产生扰度变化，从而导致粘贴于等强度悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的Bragg波长产生移位。但是该传感器选择使用了四个光纤光栅，功能相互重复，提高成本的同时，结构过于复杂，并且无法实现温度与位移同时测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种光纤光栅裂缝传感器，以克服目前现有技术存在的上述不足。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种光纤光栅裂缝传感器，包括传感器固定板和设置在传感器固定板上的方形底盒， 所述方形底盒左端固定在等强度梁上，方形底盒右端固定在等截面梁上；所述方形底盒内左侧和右侧分别设有光纤光栅一和光纤光栅二，所述光纤光栅一和光纤光栅二分别固定在等强度梁和等截面梁上，光纤光栅一和光纤光栅二均连接有光纤；所述方形底盒中部贯穿有拉杆，所述拉杆中部通过拉杆固定块与等强度梁的一端固定连接，所述拉杆中上部固定连接长螺钉的顶部，长螺钉的底部与等强度梁接触。
进一步的，所述方形底盒通过梁固定块和螺钉与等强度梁和等截面梁固定连接。
进一步的，所述光纤光栅一和光纤光栅二分别粘贴在等强度梁的上表面和等截面梁的上表面，且所述光纤光栅一和光纤光栅二之间采取焊接连接，焊接点封装于等截面梁上。所述方形底盒两侧均设有出纤孔，所述光纤光栅一和光纤光栅二通过出纤孔内的光纤与外部光缆连接。
进一步的，所述拉杆下部套有拉杆保护管，所述拉杆保护管与拉杆固定块之间压缩有弹簧，所述弹簧外套在拉杆上。
本实用新型的有益效果为：光纤光栅测量灵敏度高、精度高；整个盒体部件少结构简单，成本低；通过两个分别设置的光纤光栅，实现了温度与裂缝微小位移的同时测量；光纤传输，能在易腐蚀等恶劣环境中长期可靠工作。
附图说明
下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例所述光纤光栅裂缝传感器的结构示意图。
图中：
1、方形底盒；2、拉杆；3、长螺钉；4、传感器固定板；5、光纤光栅一；6、光纤光栅二；7、拉杆保护管；8、等强度梁；9、等截面梁；10、梁固定块；11、拉杆固定块；12、弹簧；13、出纤孔；14、光纤。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型实施例所述的光纤光栅传感器，其包括：方形底盒1、在外界温度影响下波长变化的光纤光栅、位于方形底盒1内的外力传递部件，上述传感器壳体设置有方形底盒和传感器固定板。外力传递部件是由拉杆2、弹簧12、长螺钉3以及等强度梁8组成。拉杆2穿过弹簧12中心，置于拉杆保护管7内，弹簧12两端分别被拉杆保护管7和拉杆固定块11限制。同时长螺钉3一端固定在拉杆2上，另一端与等强度梁8保持接触。等强度梁8、等截面梁9分别通过梁固定块10与方形底盒1连接，两个光纤光栅粘贴在两种梁上表面。方形底盒1由钢制成，并在两侧侧开有出纤口13，通过螺纹连接和传感器固定板4连接在一起；等强度梁8上开有6个螺孔，等截面梁9上开有4个螺孔，通过螺孔固定于梁固定块10上。而梁固定块10的侧边也开有两个螺孔，与方形底盒1固定在一起，拉杆2中心开有两个螺孔，一个螺孔用于安装长螺钉3，通过长螺钉3对等强度梁8施加外力；另一个螺孔用于安装拉杆11固定块，用于保持拉杆2位于传感器中心位置，同时固定弹簧12的一端。两个光纤光栅之间焊接相连，焊接点用胶封装于等截面梁9表面，两端引出光纤14外接光缆。
本实用新型实施例所述的光纤光栅传感器，其工作原理是：通过在传感器壳体内设置的外力传递部件，裂缝产生时出现的外力通过拉杆将外力传递到等强度梁8上，将外力转换为等强度梁8的微弯变形，继而引起粘贴在等强度梁8上的光纤光栅一5的波长发生变化，同时外界温度影响会造成两个光纤光栅波长的同时变化，此时通过光纤光栅解调仪测量两个光纤光栅的波长，并作差消除温度的影响，标定位移——波长曲线就可以求出相应的裂缝位移量，同时通过测量等截面梁9上的光纤光栅二6波长，标定温度——波长曲线就可以求出相应的温度变化量。从而实现裂缝位移与温度的同时测量。
与传统裂缝传感器相比，采用光纤光栅做传感元件，光纤光栅具有其独特的优点：体积小、重量轻、便于传感；抗电磁干扰、稳定性好、耐腐蚀；高灵敏度、高分辨率；可以串接使用，实现了远程传输；测量信息以波长编码，因而光纤光栅不受光源光强等因素的影响，有较强的抗干扰能力。与现有的光纤光栅裂缝传感器相比，本传感器结构简单，灵敏度高，易于实现裂缝微小位移测量以及环境温度测量。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种光纤光栅裂缝传感器，包括传感器固定板（4）和设置在传感器固定板（4）上的方形底盒（1），其特征在于：所述方形底盒（1）左端固定在等强度梁（8）上，方形底盒（1）右端固定在等截面梁（9）上；所述方形底盒（1）内左侧和右侧分别设有光纤光栅一（5）和光纤光栅二（6），所述光纤光栅一（5）和光纤光栅二（6）分别固定在等强度梁（8）和等截面梁（9）上，光纤光栅一（5）和光纤光栅二（6）均连接有光纤（14）；所述方形底盒（1）中部贯穿有拉杆（2），所述拉杆（2）中部通过拉杆固定块（11）与等强度梁（8）的一端固定连接，所述拉杆（2）中上部固定连接长螺钉（3）的顶部，长螺钉（3）的底部与等强度梁（8）接触。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅裂缝传感器，其特征在于：所述方形底盒（1）通过梁固定块（10）和螺钉与等强度梁（8）和等截面梁（9）固定连接。
3.根据权利要求2所述的光纤光栅裂缝传感器，其特征在于：所述光纤光栅一（5）和光纤光栅二分别粘贴在等强度梁（8）和等截面梁（9）的上表面，且所述光纤光栅一（5）和光纤光栅二（6）之间采取焊接连接，焊接点封装于等截面梁（9）上。
4.根据权利要求3所述的光纤光栅裂缝传感器，其特征在于：所述方形底盒（1）两侧均设有出纤孔（13），所述光纤光栅一（5）和光纤光栅二（6）通过出纤孔（13）内的光纤（14）与外部光缆连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的光纤光栅裂缝传感器，其特征在于：所述拉杆（2）下部套有拉杆保护管（7），所述拉杆保护管（7）与拉杆固定块（11）之间压缩有弹簧（12），所述弹簧（12）外套在拉杆（2）上。
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