CN209445986U - 一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，包括套管、光栅、上盖板、下底板和柔性光缆，所述光栅的两端均与柔性光缆连接，光栅通过上盖板和下底板封装，本实用新型的有益效果是：1、本实用新型解决了光纤光栅在安装问题过程中的啁啾问题；2、本实用新型解决了光纤光栅应变传感器的封装后的温度适应性问题，实现了从低温区‑55℃‑高温120℃的有效应力应变测试。3、本实用新型适用于环境恶劣、尺寸空间较小尤其是曲率较大空间的应力应变测量。4、本实用新型封装工艺固化，提高了光纤光栅使用效率，解决了光纤应变传感器的批量封装问题。5、本实用新型在应用中有明确的安装标准，解决了施工安装的规范性。

Description

一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，具体是一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器。

背景技术

电阻应变测量技术是相对比较成熟的应力应变测试技术，但由于易受环境影响，在一些长期监测、恶劣环境、远距离传输场景，使用效果较差。而光纤传感器以其对外界环境的变化敏感、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、能实现绝对测量、稳定性好、容易复用、能埋入工程结构等特点，在结构健康监测中得到日益广泛的应用。此外，由于结构健康监测涉及的被监测结构元件数量多，几何分布广，监测传感器的需求数量大，而光纤传感器具有径细质轻、并且能在一根光纤上实现传感器复用的优点，可以大大减少附加重量和布线需求。光纤光栅是光纤传感技术的重要组成，光纤光栅传感技术是光纤传感中可靠性最高、实用性最强并可波分复用的传感技术，具备无电检测、不受电磁干扰、可耐高温、无零漂、精度高和体积微小等优势，可以采用绝对波长信息读取。光纤光栅应变传感器需要在测量方向和非测量方向承受拉伸、压缩交变力和弯折扭矩，常规粘接工艺不能保证敏感栅区均匀变形，最终会导致光纤光栅敏感栅区在非均匀受力变形条件下由于折射率变化周期被破坏而导致反射光谱发生啁啾现象，导致应力应变测量精度降低甚至传感器失效。因此将光纤光栅传感器埋入非金属材料结构内部，使传感器与非金属材料结构一体化集成，能够有效地在线实时监测非金属材料结构的冲击载荷的响应信号及结构其他环境因素所引起的响应信号，并对埋入非金属材料光纤光栅传感器的冲击响应信号或结构的内部状态信号进行分析与处理，来对结构的健康监测和损伤情况进行在线实时评估。由于光纤与非金属材料基底之间，以及构成应变传感器后与被测量结构体之间存在多个应变传递界面，传递界面自身的蠕变或非线性变形会极大影响应变测量的精度和长期稳定性，而且使得应变测量输出受温度影响产生的热输出变化量更大（金属结构的热胀系数以及粘接胶的热胀系数通常远远高于光纤自身的热胀系数）、线性度和重复性更差，温度效应难以精确消除。因此，为了提高对结构应力应变的测量精度，就必须实现光纤与弹性基底之间以及构成应变传感器后与被测量金属结构体之间应变传递界面的刚性、线性、低蠕变连接，同时温度适应范围较广，并尽量减小光纤应变传感器在被测金属结构体上安装后的温度漂移系数，采用一种高分子非金属封装材料。本实用新型解决了光纤应变传感器封装啁啾问题，实现了应力应变的有效传递。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，包括套管、光栅、上盖板、下底板和柔性光缆，所述光栅的两端均与柔性光缆连接，光栅通过上盖板和下底板封装。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述涂层光栅与柔性光缆的连接处包裹有套管。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述柔性光缆的另一端安装有单芯光纤航插。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述上盖板和下底板均由高分子材料制成。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述光栅为微纳米涂层光栅。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、本实用新型解决了光纤光栅在安装问题过程中的啁啾问题；2、本实用新型解决了光纤光栅应变传感器的封装后的温度适应性问题，实现了从低温区-55℃-高温120℃的有效应力应变测试。3、本实用新型适用于环境恶劣、尺寸空间较小尤其是曲率较大空间的应力应变测量。4、本实用新型封装工艺固化，提高了光纤光栅使用效率，解决了光纤应变传感器的批量封装问题。5、本实用新型在应用中有明确的安装标准，解决了施工安装的规范性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中B处的放大示意图。

图中：1：套管；2：涂层光栅；3：上盖板；4：柔性光缆；5：下底板；6：单芯光纤航插。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：请参阅图1-2，一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，包括用于测量限位和温度补偿效应的套管1、用于解决啁啾问题的光栅2、作为标识面的上盖板3、作为安装面的下底板5和用于传输信号的柔性光缆4，光栅2的两端均与柔性光缆4连接，光栅2通过上盖板3和下底板5封装。涂层光栅2与柔性光缆4的连接处包裹有套管1。上盖板3和下底板5均由高分子材料制成。高分子材料可注塑成型，也可以机加工，是传感器设计制作优先选择的结构材料之一，光栅2为微纳米涂层光栅。封装过程采用套管1，具有限位控制和温度补偿的功能，对敏感应变进行微纳米涂层处理解决啁啾问题，采取柔性光缆，解决光缆影响。

实施例2，在实施例1的基础上，本设计的柔性光缆4的另一端安装有单芯光纤航插6。单芯光纤航插6利用陶瓷插芯本身的结构，在尾柄位置直接将弹簧与外部结构对接，将尺寸最小化。陶瓷套筒的位置使用密封圈，使插芯对接的位置实现密封防水的性能。紧固螺帽使用螺纹结构，实现插芯的快速对接。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，包括套管（1）、光栅（2）、上盖板（3）、下底板（5）和柔性光缆（4）；其特征在于，所述光栅（2）的两端均与柔性光缆（4）连接，光栅（2）通过上盖板（3）和下底板（5）封装。

2.根据权利要求1所述的一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光栅（2）与柔性光缆（4）的连接处包裹有套管（1）。

3.根据权利要求1所述的一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述柔性光缆（4）的另一端安装有单芯光纤航插（6）。

4.根据权利要求1所述的一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述上盖板（3）和下底板（5）均由高分子材料制成。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种高分子材料封装的贴片式光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光栅（2）为微纳米涂层光栅。