CN203432544U - 一种高精度光纤光栅应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高精度光纤光栅应变传感器，包括金属测量管、第一金属固定管、第二金属固定管以及光纤光栅，所述金属测量管与第一金属固定管、第二金属固定管同轴同心，所述金属测量管的第一端与第一金属固定管螺纹连接，所述金属测量管的第二端与所述第二金属固定管之间螺纹连接。本实用新型的有益效果为：整体采用三截管式一体结构，成本低，且工字型的金属测量管能够提高测量精度以及灵敏度，既实现了埋入式应变测量，又实现了表面测量，兼且安装方便，能够在各种环境甚至易腐蚀等恶劣环境中长期可靠工作。

Description

一种高精度光纤光栅应变传感器

技术领域

本实用新型涉及一种高精度光纤光栅应变传感器。

背景技术

传统的应变传感器是以应变－电量为基础，以电信号为转换及传输的载体，用导线传输电信号，因此，使用时易受到电磁场和环境的影响，如环境的湿度太大可能引起传感器的短路，在高温和易燃、易爆环境中易引起火灾等等。同时电式传感器无法串接使用，在传感器的数量具有一定规模时，需要铺设大量的信号传输电缆，同时也需要相应规模的信号接收和处理设备，增加了使用成本，此外，由于电式传感器的信号不能进行远程传输，在监测现场需要建设一定规模的信号传输设备和监测室，这样则又增加了额外的成本。

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，光纤光栅应变传感器在监测待测物体的微小变化领域，具有广泛的应用。

近年来，光纤光栅应变传感器得到了良好的发展，哈尔滨工业大学、大连理工大学、北京工业大学、昆明理工大学等单位的研究人员制作了管式封装的光纤布拉格光栅应变传感器，但测量精度有限；另外有人对普通片式封装的光纤布拉格光栅传感器进行了改进，将铜、钦合金或钢基片做成“工”字型，虽然能实现应变测量，但缺乏弹性结构，造成应变测范围有限，另外多次使用之后易造成工字型结构变形，需要校正才能继续使用。

专利号为201220207094.6的中国专利“光纤光栅应变传感器”设计了一种片式的光纤光栅应变传感器，传感器的基体为方形，基体由传感器底座和金属片构成，金属片可在传感器底座上滑动，光纤光栅一端粘贴于传感器底座，另一端粘贴于金属片上，该传感器结构上为典型的片式应变传感器，测量精度不高；专利号为201210278682.3的中国专利“一种光纤光栅应变传感器”中同样设计了一种片式的光纤光栅应变传感器，传感器的基体为一方形金属片，在金属片的两端设计了两个U形槽，借以增加传感器的弹性结构，但传感器的测量精度依然不高。专利号为201210231990.0的中国专利“一种光纤Bragg光栅应变传感器”中设计在管式外壳内固定一个方形金属片，金属片中间部分为一空穴交替的弹性结构，将光纤光栅封装在金属片表面。该传感器设计为外部管式封装，也设定了结构内部的弹性结构，但在实际使用中测量精度依然不高，而目前尚没有能够提高测量精度的产品出现。

本产品利用一种圆柱型外壳对Bragg光栅进行封装，传感器为三截管式一体结构，并且中间金属管弹性结构整体为工字型，由于结构表面不均匀，在部分区域造成应变集中，提高了测量精度，既能实现埋入式应变测量，又能表面测量，并且具有安装方便的优点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高精度光纤光栅应变传感器，结构简单，应变集中，既实现了埋入式测量又实现了表面测量，且提高了测量精度，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：

一种高精度光纤光栅应变传感器，包括金属测量管、第一金属固定管、第二金属固定管以及光纤光栅，所述金属测量管与第一金属固定管、第二金属固定管同轴同心，所述金属测量管的第一端与第一金属固定管螺纹连接，所述金属测量管的第二端与所述第二金属固定管之间螺纹连接，所述第一金属固定管与所述第二金属固定管的外端设有固定凸起。

上述的高精度光纤光栅应变传感器，所述金属测量管呈“工”字型，且由弹性材料制成，其第一端设有第一突起部，第二端设有第二突起部。

上述的高精度光纤光栅应变传感器，所述金属测量管与第一金属固定管、第二金属固定管螺纹连接处的连接缝隙处采用激光焊接。

上述的高精度光纤光栅应变传感器，所述金属测量管外的螺纹部设有小孔，所述光纤光栅通过该小孔点胶封装于所述金属测量管内。

上述的高精度光纤光栅应变传感器，所述光纤光栅两端分别经第一出纤孔和第二出纤孔引出并与外部光缆连接。

本实用新型的有益效果为：整体采用三截管式一体结构，成本低，且工字型的金属测量管能够提高测量精度以及灵敏度，既实现了埋入式应变测量，又实现了表面测量，兼且安装方便，能够在各种环境甚至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高精度光纤光栅应变传感器的整体结构示意图。

图中：

1、金属测量管；2、第一金属固定管；3、第二金属固定管；4、光纤光栅；5、固定凸起；6、第一突起部；7、第二突起部；8、第一出纤孔；9、第二出纤孔。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例所述的一种高精度光纤光栅应变传感器，包括金属测量管1、第一金属固定管2、第二金属固定管3以及光纤光栅4，所述金属测量管1与第一金属固定管2、第二金属固定管3同轴同心，所述金属测量管1的第一端与第一金属固定管2螺纹连接，所述金属测量管1的第二端与所述第二金属固定管3之间螺纹连接，所述金属测量管1呈翻转90度的“工”字型，且由弹性材料制成，该弹性材料重量轻、耐腐蚀，所述第一金属固定管与所述第二金属固定管的外端设有固定凸起5，用于与外部装置的稳固连接，且所述金属测量管1的第一端设有第一突起部6，所述金属测量管1的第二端设有第二突起部7，进一步地，所述金属测量管1外的螺纹部设有小孔，所述光纤光栅4通过该小孔点胶封装于所述金属测量管内。

具体工作时，外力传递部件将工程结构上因受力产生的应变转化为金属测量管1与所述第一固定金属管2、所述第二固定金属管3上的拉伸或是压迫形变，而后又转化为封装在所述金属测量管1内的光纤光栅4的线性变形，利用光纤光栅解调仪测量出该光纤光栅波长的变化，进而绘出应变－波长变化曲线。

进一步地，所述金属测量管1与第一金属固定管2、第二金属固定管3螺纹连接处的连接缝隙处采用激光焊接，无论是采用激光焊接方式中的热导焊接或是深熔焊接的任一种方式，均可使其连接处的连接缝隙减到最小值，并且速度非常快，焊接的质量高。

进一步地，所述金属测量管1外的螺纹部设有小孔，所述光纤光栅4通过该小孔点胶封装于所述金属测量管1内，采用点胶封装的优点是所述光纤光栅4的两端固定较稳固，有利于提高对所述光纤光栅4的变形测量的精准度，所述光纤光栅4两端分别经第一出纤孔8和第二出纤孔9引出并通过光缆与外部解调仪或者其它设备连接。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型创造所作的举例，而并非对本实用新型创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造权利要求的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种高精度光纤光栅应变传感器，包括金属测量管（1）、第一金属固定管（2）、第二金属固定管（3）以及光纤光栅（4），其特征在于：所述金属测量管（1）与第一金属固定管（2）、第二金属固定管（3）同轴同心，所述金属测量管（1）的第一端与第一金属固定管（2）螺纹连接，所述金属测量管（1）的第二端与所述第二金属固定管（3）之间螺纹连接，所述第一金属固定管（2）与所述第二金属固定管（2）的外端设有固定凸起（5）。

2.根据权利要求1所述的高精度光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述金属测量管（1）呈工字型，金属测量管（1）第一端设有第一突起部（6），金属测量管（1）第二端设有第二突起部（7）。

3.根据权利要求1或2所述的高精度光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述金属测量管（1）与第一金属固定管（2）、第二金属固定管（3）之间螺纹连接处的连接缝隙处采用激光焊接。

4.根据权利要求3所述的高精度光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述金属测量管（1）外的螺纹部设有小孔，光纤光栅（4）通过该小孔点胶封装于所述金属测量管（1）内。

5.根据权利要求4所述的高精度光纤光栅应变传感器，其特征在于：所述光纤光栅（4）两端分别经第一出纤孔（8）和第二出纤孔（9）引出并与外部光缆连接。

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