CN206756108U - 一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器，其包括：中心传感件，在中心传感件输出端连接有光纤快速接口；锚固组件，包括尾部锚固筒、端部锚固筒以及锚头，尾部锚固筒套设于中心传感件的尾部，端部锚固筒套设于中心传感件的端部，锚头套设于中心传感件的中间区域；成对设置的两个传感器基座，设置于待测对象表面，用于固定中心传感件的两端，每个传感器基座上设有通孔，中心传感件从该通孔穿过；位置调节件，设置于中心传感件上，用于调整中心传感件的位置。本实用新型采用中心传感件与传感器基座分离的设计方式，便于中心传感件的更换或维护，采用独特封装工艺，传感器结构具有更高抗疲劳性能。

Description

一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器

技术领域

本实用新型涉及结构安全监测技术领域，具体涉及一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器。

背景技术

变形是工程结构工作性态的直接表征形式，采取可靠措施监测工程结构变形对评价工程结构的健康状态、确保工程结构安全运营具有重要意义。光纤传感技术具有成本低、测试工作量与劳动强度小及易于实现自动化测试等优点，在工程结构应变、裂缝等变形测试中得到了广泛应用，特别是近年来迅速发展起来的光纤传感技术因具有敏感元件体积小、质量轻、对结构应力场影响小、抗电磁干扰、测试稳定、灵敏度高、耐久性好、便于实现分布式与实时在线测试以及集传感和数据传输于一体等独特优势，已成为重大工程结构最为理想的安全监测手段。

目前光纤应变传感器用于实际工程结构监测普遍存在布设困难、成活率低、使用年限短等致命缺点。现有封装技术的限制使得应变类传感器很难达到结构的设计寿命，而且由于传感器不易甚至不能更换，使得光纤传感器无法实现对结构的全寿命监测。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中传统光纤应变传感器的不可更换、难以维护的问题，本实用新型提供了一种可更换、易维护、即插即用的光纤应变传感器。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器包括：中心传感件，在中心传感件输出端连接有光纤快速接口；锚固组件，包括尾部锚固筒、端部锚固筒以及锚头外锚固件，尾部锚固筒套设于中心传感件的尾部，端部锚固筒套设于中心传感件的端部，锚头外锚固件套设于中心传感件的中间区域；成对设置的两个传感器基座，设置于待测对象表面，用于固定中心传感件的两端，每个传感器基座上设有通孔，中心传感件从该通孔穿过；位置调节件，设置于中心传感件上，用于调整中心传感件的位置。

本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器采用中心传感件与传感器基座分离的设计方式，在需要时可以方便地将中心传感件从固定于对象表面的传感器基座内取下。针对中心传感件数据输出部位设计了光纤快速接口，实现光纤传感器即插即用的功能，同时避免由于铠装线缆损坏导致传感器失效的问题出现。针对温度补偿问题，采用集成式设计，使得温度补偿更准确，免去另配温度传感器的麻烦同时降低安装成本。为延长中心传感件使用时间，提高耐久性，传感器采用独特封装工艺，使其结构具有更高的抗疲劳性能，经疲劳测试结果表明该传感器在量程内可承受超两百万次的拉伸。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，光纤快速接口通过固定顶丝与端部锚固筒固定连接。

采用上述优选的方案，安装效率高，且连接更牢固。

作为优选的方案，尾部锚固筒和端部锚固筒设置于两个传感器基座的外侧。

采用上述优选的方案，结构简单，保证本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器的牢固度。

作为优选的方案，每个传感器基座包括：左基座、右基座以及用于连接左基座和右基座的连接紧固件，左基座和右基座拼接后形成通孔，中心传感件从该通孔穿过。

采用上述优选的方案，连接紧固件可选用紧固螺栓和/或紧固螺丝，安装便捷，且便于中心传感件进行更换。

作为优选的方案，在传感器基座上还设有多重紧固件，多重紧固件包括：平行设置的穿孔杆和连接杆以及设置于连接杆上的固定杆；穿孔杆依次穿过左基座和右基座上的连接通孔，固定杆的自由端伸入端部锚固筒和/或尾部锚固筒上的固定槽内，固定槽与固定杆的自由端相匹配。

采用上述优选的方案，操作便捷，安装效率高，且将传感器基座与端部锚固筒和/或尾部锚固筒连接起来，提高装置整体的牢固度，传感器的测试精度更高。

作为优选的方案，固定杆的自由端上设有一阶、两阶或两阶以上的台阶面。

采用上述优选的方案，连接更牢固。

作为优选的方案，锚头外锚固件的外壁与传感器基座内通孔接触连接。

采用上述优选的方案，保护中心传感件。

作为优选的方案，锚头外锚固件的外壁呈螺纹状，锚头外锚固件与通孔呈螺纹连接。

采用上述优选的方案，锚头外锚固件和通孔连接更牢固，防止两者出现相对滑动。

作为优选的方案，位置调节件为套设于连接套筒上的调节螺母。

采用上述优选的方案，结构简单，转动调节螺母调节中心传感件的左右位置并施加上适当的预张力。

作为优选的方案，在锚头外锚固件的外壁中间区域沿其周向设有一圈凹槽，在通孔的内壁上设有与锚头外锚固件外壁相匹配的一圈凸起。

采用上述优选的方案，锚头外锚固件两端的直径大于锚头外锚固件中间区域的直径，提高中心传感件的机械强度，且保证锚头外锚固件和通孔连接更牢固。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的中心传感件的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的传感器基座和多重紧固件的剖视图。

图4为本实用新型实施例提供的多重紧固件的主视图。

图5为本实用新型实施例提供的多重紧固件的侧视图。

图6为本实用新型实施例提供的锚头外锚固件的局部剖视图。

其中：1中心传感件、11光纤快速接口、12固定顶丝、13感知元件、2传感器基座、21左基座、22右基座、23连接紧固件、24多重紧固件、24多重紧固件、241穿孔杆、242连接杆、243固定杆、244连接通孔、3位置调节件、4尾部锚固筒、5端部锚固筒、6锚头外锚固件、61凹槽。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

为了达到本实用新型的目的，一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器的其中一些实施例中，

如图1所示，一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器包括：中心传感件1、锚固组件、成对设置的两个传感器基座2以及位置调节件3。

如图2所示，中心传感件1为复合有光纤光栅的感知元件13，在中心传感件1输出端连接有光纤快速接口11。

锚固组件包括尾部锚固筒4、端部锚固筒5以及锚头外锚固件6，尾部锚固筒套5设于中心传感件1的尾部，端部锚固筒5套设于中心传感件的端部，锚头外锚固件6套设于中心传感件的中间区域。

成对设置的两个传感器基座2可选择用螺栓或焊接方式固定于待测对象表面，用于固定中心传感件1的两端。每个传感器基座2上设有通孔，中心传感件1从该通孔穿过。

位置调节件3设置于中心传感件1上，用于调整中心传感件3的位置。位置调节件3可以为调节螺母。

本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器各部分之间的组配方法如下：

首先，在复合有光纤光栅的感知元件13中心传感件1的两头套上锚头外锚固件6和锚头；

然后，将两片对称的锚头夹持件挤入两端锚头外锚固件6内部，将复合有光纤光栅的感知元件中心传感件1与锚头外锚固件6两端完全固定住，形成一体牢固接合；

之后，在两端锚头外锚固件6外侧分别安装尾部锚固筒4和端部锚固筒5，将复合有光纤光栅的感知元件中心传感件1中的光纤尾纤与光纤快速接口11准确对接，确认无误后将光纤快速接口11固定在端部锚固筒5之上；

随后，将位置调节件3安装到中心传感件1之上，将中心传感件1穿入传感器基座2通孔内，既完成可更换光纤应变传感器的组装。

本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器的布设方法是：

在待测对象上标出需要布设传感器的位置，画出传感器基座2的安装点；

根据待测对象的特性，传感器基座2可选择用螺栓或焊接方式固定于待测结构之上；

固定好传感器基座2后，将中心传感件1从一端穿入传感器基座2的通孔，穿过第一个传感器基座2后套入两只位置调节件3再穿第二个传感器基座2的通孔，穿完拧上第三只位置调节件3，并调节好位置；

将连接解调仪的传输光缆插入传感器的光纤快速接口11，传感器即可正常工作，对被测对象进行监测。

当传感器工作一段时间后，由于自身寿命或故障等问题需要更换或维护时，先将传输光缆从光纤快速接口11拨出，然后依次旋松取下位置调节件3，最后将中心传感件1从传感器基座2抽离，安装新的中心传感件1，即可继续对被测对象进行监测。

本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器的有益效果如下：

1)采用中心传感件1与传感器基座2分离的设计方式，同规格型号的传感器基座2与中心传感件1可以互配使用，在需要时可以方便地将中心传感件1从固定于对象表面的传感器基座2上取下。

2)针对中心传感件1数据输出部位设计了光纤快速接口11，光纤快速接口11上带有标准FC/APC接口，可实现与光纤传输线缆的快速对接，起到即插即用的效果，同时避免由于铠装线缆损坏导致传感器失效的问题出现。

3)针对温度补偿问题，采用集成式设计，使得温度补偿更准确，免去另配温度传感器的麻烦同时降低安装成本。

4)为延长中心传感件使用时间，提高耐久性，传感器采用独特封装工艺，使其结构具有更高的抗疲劳性能，经疲劳测试结果表明该传感器在量程内可承受超两百万次的拉伸。

本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器便于更换、易于维护且能进行可靠监测的光纤传感器，使得采用光纤传感对结构全寿命监测成为可能。且可更换光纤传感器大大降低了光纤传感器在安装布设中的难度，提高了工作效率，降低了工程成本。得益于可更换光纤传感器的可更换易维护性，保证了光纤传感器在整个监测系统中的可靠度，实现同一测试点的循环利用，突破传感器寿命短于结构的限制，有效延伸结构可监测时长。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，光纤快速接口11通过固定顶丝12与端部锚固筒5固定连接。

采用上述优选的方案，安装效率高，且连接更牢固。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，尾部锚固筒4和端部锚固筒5设置于两个传感器基座2的外侧。

采用上述优选的方案，结构简单，保证本实用新型一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器的牢固度。

如图3所示，为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，每个传感器基座2包括：左基座21、右基座22以及用于连接左基座21和右基座22的连接紧固件23，左基座21和右基座22拼接后形成通孔，中心传感件1从该通孔穿过。

采用上述优选的方案，连接紧固件23可选用紧固螺栓和/或紧固螺丝，安装便捷，且便于中心传感件1进行更换。

如图4和5所示，进一步，在传感器基座2上还设有多重紧固件24，多重紧固件24包括：平行设置的穿孔杆241和连接杆242以及设置于连接杆242上呈L形的固定杆243；穿孔杆241依次穿过左基座21和右基座22上的连接通孔244，固定杆243的自由端伸入端部锚固筒5和/或尾部锚固筒4上的固定槽(图中未示出)内，固定槽与固定杆243的自由端相匹配。

采用上述优选的方案，在安装的过程中，先将穿孔杆241依次穿过左基座21和右基座22上的连接通孔244，以穿孔杆241为中心轴，转动多重紧固件24，将固定杆243的自由端伸入端部锚固筒5和/或尾部锚固筒4上的固定槽内后，利用螺母将穿孔杆241进行固定，防止其再转动。

采用本结构，操作便捷，安装效率高，且将传感器基座2与端部锚固筒5和/或尾部锚固筒4连接起来，提高装置整体的牢固度，传感器的测试精度更高。固定杆243可以呈“一”字形或“L”形，“一”字形结构更简单，“L”形更稳固。

进一步，固定杆243的自由端上设有一阶、两阶或两阶以上的台阶面。

采用上述优选的方案，连接更牢固。

为了进一步地优化本实用新型的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，锚头外锚固件6的外壁与传感器基座2内通孔接触连接。

采用上述优选的方案，保护中心传感件1。

进一步，锚头外锚固件6的外壁呈螺纹状，锚头外锚固件6与通孔呈螺纹连接。

采用上述优选的方案，锚头外锚固件6和通孔连接更牢固，防止两者出现相对滑动。

进一步，位置调节件3为套设于锚头外锚固件6上的调节螺母。

采用上述优选的方案，结构简单，中心传感件1两端锚头外锚固件6外部带有螺纹，在传感器基座2位置已固定情况下，可通过调节螺母来调节中心传感件1的左右位置，并为中心传感件1施加一定的预张力。

如图6所示，进一步，在锚头外锚固件6的外壁中间区域沿其周向设有一圈凹槽61，在通孔的内壁上设有与锚头外锚固件6外壁相匹配的一圈凸起(图中未示出)。

采用上述优选的方案，锚头外锚固件6两端的直径大于锚头外锚固件6中间区域的直径，提高中心传感件1的机械强度，且保证锚头外锚固件6和通孔连接更牢固。

以上的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种可更换高疲劳光纤光栅应变传感器，其特征在于，包括：

中心传感件，在所述中心传感件输出端连接有光纤快速接口；

锚固组件，包括尾部锚固筒、端部锚固筒以及锚头外锚固件，所述尾部锚固筒套设于所述中心传感件的尾部，所述端部锚固筒套设于所述中心传感件的端部，所述锚头外锚固件套设于所述中心传感件的中间区域；

成对设置的两个传感器基座，设置于待测对象表面，用于固定所述中心传感件的两端，每个所述传感器基座上设有通孔，所述中心传感件从该通孔穿过；

位置调节件，设置于所述中心传感件上，用于调整所述中心传感件的位置。

2.根据权利要求1所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，所述光纤快速接口通过固定顶丝与所述端部锚固筒固定连接。

3.根据权利要求1所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，所述尾部锚固筒和所述端部锚固筒设置于两个所述传感器基座的外侧。

4.根据权利要求1所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，每个所述传感器基座包括：左基座、右基座以及用于连接所述左基座和所述右基座的连接紧固件，所述左基座和所述右基座拼接后形成通孔，所述中心传感件从该通孔穿过。

5.根据权利要求4所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，在所述传感器基座上还设有多重紧固件，所述多重紧固件包括：平行设置的穿孔杆和连接杆以及设置于所述连接杆上的固定杆；

所述穿孔杆依次穿过所述左基座和所述右基座上的连接通孔，所述固定杆的自由端伸入所述端部锚固筒和/或所述尾部锚固筒上的固定槽内，所述固定槽与所述固定杆的自由端相匹配。

6.根据权利要求5所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，所述固定杆的自由端上设有一阶、两阶或两阶以上的台阶面。

7.根据权利要求1-6任一项所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，所述锚头外锚固件的外壁与所述传感器基座内通孔接触连接。

8.根据权利要求7所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，所述锚头外锚固件的外壁呈螺纹状，所述锚头外锚固件与所述通孔呈螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，所述位置调节件为套设于所述锚头外锚固件上的调节螺母。

10.根据权利要求7所述的可更换高疲劳光纤应变传感器，其特征在于，在所述锚头外锚固件的外壁中间区域沿其周向设有一圈凹槽，在所述通孔的内壁上设有与所述锚头外锚固件外壁相匹配的一圈凸起。