CN209559136U - 预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，涉及传感器技术领域，在一定程度上解决现有应变传感器的封装结构材料的弹性模量与待测量土体弹性模量不匹配，封装结构与待测土体不能协同变形，从而造成监测精度不准确的技术问题。本实用新型的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器包括：光纤光栅组件、第一固定底盘、第二固定底盘、调节组件以及光纤光栅解调仪；光纤光栅组件的一端设置在第一固定底盘上，光纤光栅组件的另一端穿设且固定在第二固定底盘；调节组件套设光纤光栅组件且固定在第二固定底盘上，调节组件用于调整光纤光栅的张紧程度；光纤光栅解调仪与光纤光栅组件连接且靠近所述第二固定底盘。

Description

预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器。

背景技术

光纤光栅作为光纤无源器件，对物理量的探测主要由光栅周期的变化和有效折射率的变化引起，带有预应力的封装形式对物理量有效的测量具有重要意义。光纤光栅应变传感器在施加预应力的工艺规范下，不但压缩线性度高，而且提高了测量压缩应变范围，极大地改善了光纤光栅传感性能，提高负应变测量精度增加灵敏度,有助于在高频的测量中更有优势。

高速公路结构中，传统应变计已经不能满足现在的测量要求。由于测量装置需要埋入地基，在地基碾压过程中很容易损坏，另外在长期高温天气下，普通的应变计会发生老化的现象，都给测量造成很大的困难。大部分应变传感器的封装结构材料的弹性模量与待测量土体弹性模量不匹配，封装结构与待测土体不能协同变形，从而造成监测精度不准确。而采用聚四氟乙烯等材料，可以耐高温同时有一定柔性，进而可以达到调节光纤光栅预应力的目的。

因此，如何提供一种预应力可精确调节的组合式长标距预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种预应力可精确调节的组合式长标距预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，在一定程度上解决现有应变传感器的封装结构材料的弹性模量与待测量土体弹性模量不匹配，封装结构与待测土体不能协同变形，从而造成监测精度不准确的技术问题。

本实用新型提供一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，包括：光纤光栅组件、第一固定底盘、第二固定底盘、调节组件以及光纤光栅解调仪；

所述光纤光栅组件的一端设置在第一固定底盘上，所述光纤光栅组件的另一端穿设且固定在所述第二固定底盘；所述调节组件套设所述光纤光栅组件且固定在所述第二固定底盘上，所述调节组件用于调整所述光纤光栅的张紧程度；所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅组件连接且靠近所述第二固定底盘。

进一步地，所述调节组件包括：固定卡圈、螺纹管、调力旋盖以及拉紧丝；

所述螺纹管套设于所述固定卡圈上；所述调力旋盖套设于所述螺纹管上，且所述螺纹管与所述调力旋盖螺纹配合；所述拉紧丝的一端设置在所述光纤光栅组件上，且此连接处位于所述第二固定底盘的外侧，所述拉紧丝的另一端于所述光纤光栅组件与所述固定卡圈之间的缝隙穿出，固定在所述调力旋盖上。

进一步地，所述固定卡圈的长度大于所述调力旋盖的长度，所述调力旋盖的长度大于所述螺纹管的长度。

进一步地，所述调节组件还包括：指针24；所述指针24设置在所述固定卡圈的外侧，且靠近所述调力旋盖的顶端；

所述调力旋盖的顶端设置有刻度，所述指针24用于指示所述调节组件的调节尺度。

进一步地，所述第二固定底盘在远离第一固定底盘的一侧设置有内环形槽和外环形槽，所述内环形槽位于所述外环形槽的内侧；

所述固定卡圈与所述螺纹管通过所述内环形槽设置在所述第二固定底盘上。

进一步地，还包括：保护盖；所述保护盖通过所述外环形槽设置在所述第二固定底盘上，所述保护盖用于密封保护所述调节组件。

进一步地，所述光纤光栅组件包括：光纤光栅和保护层；所述保护层套设于所述光纤光栅上，所述光纤光栅与所述光纤光栅解调仪连接。

进一步地，还包括：保护壳；所述保护壳套设于所述光纤光栅组件上，且所述保护壳的一端设置在所述第一固定底盘上，所述保护壳的另一端设置所述第二固定底盘上。

进一步地，所述保护层为聚四氟乙烯制作的套管。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器具有以下优势：

本实用新型提供一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，包括：光纤光栅组件、第一固定底盘、第二固定底盘、调节组件以及光纤光栅解调仪；

所述光纤光栅组件的一端设置在第一固定底盘上，所述光纤光栅组件的另一端穿设且固定在所述第二固定底盘；所述调节组件套设所述光纤光栅组件且固定在所述第二固定底盘上，所述调节组件用于调整所述光纤光栅的张紧程度；所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅组件连接且靠近所述第二固定底盘。本实用新型提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，在一定程度上解决现有应变传感器的封装结构材料的弹性模量与待测量土体弹性模量不匹配，封装结构与待测土体不能协同变形，从而造成监测精度不准确的技术问题。

在第一固定底盘与第二固定底盘固定的情况下，本实用新型的中调节组件能够通过旋转调力旋盖带动拉紧丝拉着光纤光栅和保护层一起第二固定底盘方向拉伸，改变光纤光栅的张紧程度，达到调节预应力大小的目的；在固定卡圈上设置的指针24以及在调力旋盖上设置刻度，保证了调节组件调整的精度及准确性。

本实用新型还提供一种传感器，也在一定程度上解决现有应变传感器的封装结构材料的弹性模量与待测量土体弹性模量不匹配，封装结构与待测土体不能协同变形，从而造成监测精度不准确的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器长度方向的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的调节组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器的局部轴侧结构示意图。

附图标记：10-光纤光栅；11-保护层；20-固定卡圈；21-螺纹管；22-调力旋盖；23-拉紧丝；24-指针；30-第一固定底盘；40-第二固定底盘；50-保护壳；60-保护盖；70-光纤光栅解调仪。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1-图3，图1为本实用新型实施例提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器长度方向的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的调节组件的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器的局部轴侧结构示意图。

本实用新型提供一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，包括：光纤光栅组件、第一固定底盘30、第二固定底盘40、调节组件以及光纤光栅解调仪70；

光纤光栅组件的一端设置在第一固定底盘30上，光纤光栅组件的另一端穿设且固定在第二固定底盘40；调节组件套设光纤光栅组件且固定在第二固定底盘40上，调节组件用于调整光纤光栅10的张紧程度；光纤光栅解调仪70与光纤光栅组件连接且靠近第二固定底盘40。

进一步说明，相对于现有技术，本实用新型实施例的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器具有以下优势：

本实用新型实施例提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，包括：光纤光栅组件、第一固定底盘30、第二固定底盘40、调节组件以及光纤光栅解调仪70；

光纤光栅组件的一端设置在第一固定底盘30上，光纤光栅组件的另一端穿设且固定在第二固定底盘40；调节组件套设光纤光栅组件且固定在第二固定底盘40上，调节组件用于调整光纤光栅10的张紧程度；光纤光栅解调仪70与光纤光栅组件连接且靠近第二固定底盘40。本实用新型提供的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器及传感器，在一定程度上解决现有应变传感器的封装结构材料的弹性模量与待测量土体弹性模量不匹配，封装结构与待测土体不能协同变形，从而造成监测精度不准确的技术问题。

具体地，在第一固定底盘30与第二固定底盘40固定的情况下，本实用新型的中调节组件能够通过旋转调力旋盖22带动拉紧丝23拉着光纤光栅10和保护层11一起第二固定底盘40方向拉伸，改变光纤光栅10的张紧程度，达到调节预应力大小的目的；在固定卡圈20上设置的指针24以及在调力旋盖22上设置刻度，保证了调节组件调整的精度及准确性。

更具体地，光纤光栅组件的一端设置有凹槽螺纹与第一固定底盘30契合且并固定，光纤光栅组件的领一端与第二固定底盘40圆盘同一平面处设置有一个小孔固定光纤光栅组件，使光纤光栅组件测量第一固定底盘30与第二固定底盘40之间的平均应变。

进一步地，优选地，光纤光栅组件位于远离第二固定底盘40且距小孔25mm处设有环形槽，供拉紧丝23卡位；第一固定底盘30与第二固定底盘40之间的距离为150-500mm，此距离根据被测体测量需要调整调整。

更进一步地，第一固定底盘30内径为13mm，靠近第二固定底盘40一侧的内壁设置有凹槽螺纹，与光纤光栅组件契合，外径为60mm、圆盘厚度为8mm，还可根据被测体受力变形的难易程度调整外径的大小。

本实用新型的一个实施例中，为了达到精确调节预应力大小的目的，参见图1-图3所示；本实用新型的调节组件包括：固定卡圈20、螺纹管21、调力旋盖22以及拉紧丝23；

螺纹管21套设于固定卡圈20上；调力旋盖22套设于螺纹管21上，且螺纹管21与调力旋盖22螺纹配合；拉紧丝23的一端设置在光纤光栅组件上，且此连接处位于第二固定底盘40的外侧，拉紧丝23的另一端于光纤光栅组件与固定卡圈20之间的缝隙穿出，固定在调力旋盖22上。

具体地，螺纹管21与调力旋盖22螺纹配合，即转动调力旋盖22时，调力旋盖22沿螺纹管21的长度方向移动，而且拉紧丝23一端链接在光纤光栅组件上，另一连接在调力旋盖22上，这样，便可以调节预应力大小的。

本实用新型的一个实施例中，为了保证调节组件的调节时的稳定性，参见图1-图3所示；本实用新型固定卡圈20的长度大于调力旋盖22的长度，调力旋盖22的长度大于螺纹管21的长度。

具体地，在固定卡圈20的长度大于调力旋盖22的长度，且调力旋盖22的长度大于螺纹管21长度的情况下，拉紧丝23在光纤光栅组件与固定卡圈20之间的缝隙穿出后，便与固定卡圈20的顶端紧紧贴合，再与调力旋盖22固定，使得拉紧丝23呈V形。

更具体地，当调力旋盖22向靠近第二固定底盘40的方向移动时，拉紧丝23拉着光纤光栅组件伸长，提高预应力，反之，当调力旋盖22向远离第二固定底盘40的方向移动时，拉紧丝23便不拉着光纤光栅组件伸长，预应力减小。

进一步地，螺纹的螺距设为1.5mm,即调力旋盖22处于初始位置时，调力旋盖22每旋转一圈光纤光栅组件伸长1.5mm。

更进一步地，本实用新型中的拉紧丝23优选为3根，绕着光纤光栅组件圆周每隔120°设置1根，固定卡圈20顶端均匀设有3个卡槽，供拉3根拉紧丝23穿过，调力旋盖22上端均匀设有3个小孔，供3根拉紧丝23穿过并固定；3根拉紧丝23均匀分布使光纤光栅组件受力均匀。

本实用新型的一个实施例中，为能够准确得知预应力的大小，参考图2-图3所示；本实用新型调节组件还包括：指针24；指针24设置在固定卡圈20的外侧，且靠近调力旋盖22的顶端；

调力旋盖22的顶端设置有刻度，指针24用于指示调节组件的调节尺度。

具体地，指针24用以标识预应力的大小，当调力旋盖22处于初始位置时，指针24处于预应力为零的位置，调力旋盖22顶端均匀设有72个刻度，通过旋转调力旋盖22带动拉紧丝23拉着光纤光栅组件伸长，改变光纤光栅组件的张紧程度，达到调节预应力大小的目的。

更具体地，可根据预应力精度需要适当减少或增加调力旋盖22的刻度。

本实用新型的一个实施例中，为了使预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器更稳固，参见图1与图3；本实用新型第二固定底盘40在远离第一固定底盘30的一侧设置有内环形槽和外环形槽，内环形槽位于外环形槽的内侧；

固定卡圈20与螺纹管21通过内环形槽设置在第二固定底盘40上。

具体地，第二固定底盘40的轴向方向的截面呈E形，E形的两个凹槽即为内环形槽与外环形槽。

本实用新型的一个实施例中，还包括：保护盖60；保护盖60通过外环形槽设置在第二固定底盘40上，保护盖60用于密封保护调节组件。

具体地，外环形槽设有螺纹，与保护盖60配合，对调节组件起密封保护作用。

本实用新型的一个实施例中，为了能够得到准确结果，参见图1-图3所示；本实用新型光纤光栅组件包括：光纤光栅10和保护层11；保护层11套设于光纤光栅10上，光纤光栅10与光纤光栅解调仪70连接。

具体地，保护层11增强了预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器与被测结构的协调变形能力和抗高温抗老化能力，进一步的保护了光纤光栅10。

更具体地，光纤光栅10是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

光纤光栅10是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅10时，满足光纤光栅10布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅10继续传输。

进一步地，光纤光栅解调仪70具有体积小、精度高、大动态范围光纤光栅10传感器测量能力和准确性的光谱的分析能力。主要应用于桥梁、大坝、高层建筑、隧道、高速公路、电力、石油化工、消防、暖通等领域的结构应变和温度的实时监测。

本实用新型的一个实施例中，为了保护光纤光栅组件，参见图1-图3所示；还包括：保护壳50；保护壳50套设于光纤光栅组件上，且保护壳50的一端设置在第一固定底盘30上，保护壳50的另一端设置第二固定底盘40上。

具体地，保护壳50设置在第一固定底盘30与第二固定底盘40之间，可以充分地保护光纤光栅组件，防止实际工程应用中遭受碾压影响预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器的正常工作。

更具体地，本实用新型的保护壳50优选为不锈钢材质制造的保护壳50。

本实用新型的一个实施例中，为了更好保护光纤光栅10，参见图1-图3所示；本实用新型保护层11为聚四氟乙烯制作的套管。

具体地，保护层11所选的材料为聚四氟乙烯作为变形构件，提高了抗高温老化能力，增强了与结构物的协调变形能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，包括：光纤光栅组件、第一固定底盘、第二固定底盘、调节组件以及光纤光栅解调仪；

所述光纤光栅组件的一端设置在所述第一固定底盘上，所述光纤光栅组件的另一端穿设且固定在所述第二固定底盘；所述调节组件套设所述光纤光栅组件且固定在所述第二固定底盘上，所述调节组件用于调整所述光纤光栅的张紧程度；所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅组件连接且靠近所述第二固定底盘。

2.根据权利要求1所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述调节组件包括：固定卡圈、螺纹管、调力旋盖以及拉紧丝；

所述螺纹管套设于所述固定卡圈上；所述调力旋盖套设于所述螺纹管上，且所述螺纹管与所述调力旋盖螺纹配合；所述拉紧丝的一端设置在所述光纤光栅组件上，且此连接处位于所述第二固定底盘的外侧，所述拉紧丝的另一端于所述光纤光栅组件与所述固定卡圈之间的缝隙穿出，固定在所述调力旋盖上。

3.根据权利要求2所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述固定卡圈的长度大于所述调力旋盖的长度，所述调力旋盖的长度大于所述螺纹管的长度。

4.根据权利要求2所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述调节组件还包括：指针；所述指针设置在所述固定卡圈的外侧，且靠近所述调力旋盖的顶端；

所述调力旋盖的顶端设置有刻度，所述指针用于指示所述调节组件的调节尺度。

5.据权利要求2所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述第二固定底盘在远离第一固定底盘的一侧设置有内环形槽和外环形槽，所述内环形槽位于所述外环形槽的内侧；

所述固定卡圈与所述螺纹管通过所述内环形槽设置在所述第二固定底盘上。

6.根据权利要求5所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，还包括：保护盖；所述保护盖通过所述外环形槽设置在所述第二固定底盘上，所述保护盖用于密封保护所述调节组件。

7.根据权利要求1所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光纤光栅组件包括：光纤光栅和保护层；所述保护层套设于所述光纤光栅上，所述光纤光栅与所述光纤光栅解调仪连接。

8.根据权利要求1所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，还包括：保护壳；所述保护壳套设于所述光纤光栅组件上，且所述保护壳的一端设置在所述第一固定底盘上，所述保护壳的另一端设置所述第二固定底盘上。

9.根据权利要求7所述的预应力可精确调节的组合式长标距光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述保护层为聚四氟乙烯制作的套管。