CN210603676U - 一种光纤应变计的温度自修正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤应变计的温度自修正装置。该温度自修正装置利用两个相对间隔设置的温度补偿片，两个温度补偿片通过各自的外端面(远离另一个温度补偿片的端面)与基底固定，其能够安装两个光纤应变计，且每个光纤应变计通过两个固定点固定，其中两个光纤应变计的固定点距离不相同，两个温度补偿片的热膨胀系数相同并大于基底的热膨胀系数，确保两个光纤应变计的温度灵敏度的差异，温度补偿片与基底之间的热膨胀至少能够部分抵消，在增大应变灵敏度的同时，能够减小温度灵敏度，减小消除热输出对光纤应变计测量结果的影响，并且结构简单，安装方便。

Description

一种光纤应变计的温度自修正装置

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤应变计的温度自修正装置。

背景技术

光纤传感器具有抗电磁干扰、耐高温、体积小、精度高等优点，已广泛应用于航天、航空、航海、能源等诸多领域的高精度测量。光纤传感器可检测多种物理量，包括压力、温度、应变、振动等，其中光纤应变计已在桥梁等结构的健康监测、极低温/高温环境结构热应力测量等领域有了广泛应用。但是，利用光纤应变计在变温环境下精确测量结构应力，必须考虑温度变化对结构和光纤应变计的影响，因而，光纤应变计的温度修正是一项关键技术。

安装在基底结构上的光纤应变计，当温度发生变化时，应变计和基底结构都会发生热变形，从而产生热输出，影响光纤应变计在变温环境下对应变的准确测量。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种光纤应变计的温度自修正装置，至少能够减小热输出对光纤应变计测量结果的影响。

(二)技术方案

为了实现本实用新型的目的，本实用新型第一方面提供了一种光纤应变计的温度自修正装置，其第一种实现方式中，光纤应变计的温度自修正装置包括：

第一温度补偿片，第一温度补偿片上设有两个平行间隔设置的光纤走线槽，分别为第一光纤走线槽和第二光纤走线槽，第一光纤走线槽内设有第一光纤固定点，第二光纤走线槽内设有第二光纤固定点；

第二温度补偿片，第二温度补偿片上设有两个平行间隔设置的光纤走线槽，分别为第三光纤走线槽和第四光纤走线槽，第三光纤走线槽内设有第三光纤固定点，第四光纤走线槽内设有第四光纤固定点；

第一温度补偿片和第二温度补偿片间隔相对固定在基底上侧面，使第一温度补偿片和第二温度补偿片之间形成膨胀间隙，在第一温度补偿片和第二温度补偿片发生热膨胀变形时，避免第一温度补偿片和第二温度补偿片直接接触；

第一温度补偿片通过其远离第二温度补偿片的端面与基底固定，第二温度补偿片通过其远离第一温度补偿片的端面与基底固定；

第一光纤走线槽与第三光纤走线槽间隔膨胀间隙同槽向相对，用于容纳第一光纤应变计，在第一光纤固定点处和第三光纤固定点处固定第一光纤应变计，第一光纤应变计的敏感头位于第一光纤固定点和第三光纤固定点之间，第一光纤固定点和第三光纤固定点之间距离为第一安装距离；

第二光纤走线槽和第四光纤走线槽间隔膨胀间隙同槽向相对，用于容纳第二光纤应变计，在第二光纤固定点处和第四光纤固定点处固定第二光纤应变计，第二光纤应变计的敏感头位于第二光纤固定点和第四光纤固定点之间，第二光纤固定点和第四光纤固定点之间距离为第二安装距离；

第一安装距离小于第二安装距离；

第一温度补偿片和第二温度补偿片的热膨胀系数相同且大于基底的热膨胀系数。

该光纤应变计的温度自修正装置能够确保两个光纤应变计的温度灵敏度的差异，温度补偿片与基底之间的热膨胀至少能够部分抵消，在增大应变灵敏度的同时，能够减小温度灵敏度，减小消除热输出对光纤应变计测量结果的影响，并且结构简单，安装方便。

结合本实用新型第一方面的第一种实现方式，在本实用新型第一方面的第二种实现方式中，在第一光纤固定点和第三光纤固定点处通过焊接或粘接固定第一光纤应变计，在第二光纤固定点和第四光纤固定点处通过焊接或粘接固定第二光纤应变计。方便安装光纤应变计。

结合本实用新型第一方面的第一种实现方式或第二种实现方式，在本实用新型第一方面的第三种实现方式中，第一光纤固定点、第二光纤固定点、第三光纤固定点和第四光纤固定点处均设有凹槽。方便确定光纤固定点，且方便对光纤应变计进行固定操作。

结合本实用新型第一方面的第一种实现方式至第三种实现方式中的任一种，在本实用新型第一方面的第四种实现方式中，光纤应变计的温度自修正装置还包括至少一个连接臂，连接臂的一端连接第一温度补偿片，另一端连接第二温度补偿片，使第一温度补偿片和第二温度补偿片之间的位置相对固定。

结合本实用新型第一方面的第一种实现方式至第四种实现方式中的任一种，在本实用新型第一方面的第五种实现方式中，第一温度补偿片通过其远离第二温度补偿片的端面与基底的上侧面焊接或粘接，第二温度补偿片通过其远离第一温度补偿片的端面与基底的上侧面焊接或粘接。

结合本实用新型第一方面的第一种实现方式至第五种实现方式中的任一种，在本实用新型第一方面的第六种实现方式中，第一温度补偿片远离第二温度补偿片的端面上具有两个间隔设置的第一突起部，两个第一突起部的下侧面均低于第一温度补偿片的下侧面，第一温度补偿片通过第一突起部远离第二温度补偿片的端面与基底的上侧面焊接或粘接；

第二温度补偿片远离第一温度补偿片的端面上具有两个间隔设置的第二突起部，两个第二突起部的下侧面均低于第二温度补偿片的下侧面，第二温度补偿片通过第二突起部远离第一温度补偿片的端面与基底的上侧面焊接或粘接；

两个第一突起部的下侧面与两个第二突起部的下侧面齐平，且与基底的上侧面接触。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的光纤应变计的温度自修正装置利用两个相对间隔设置的温度补偿片，两个温度补偿片通过各自的外端面(远离另一个温度补偿片的端面)与基底固定，其能够安装两个光纤应变计，且每个光纤应变计通过两个固定点固定，其中两个光纤应变计的固定距离(每个光纤应变计的两个固定点之间的距离)不相同，两个温度补偿片的热膨胀系数相同并大于基底的热膨胀系数，确保两个光纤应变计的温度灵敏度的差异，温度补偿片与基底之间的热膨胀至少能够部分抵消，在增大应变灵敏度的同时，能够减小温度灵敏度，减小消除热输出对光纤应变计测量结果的影响，并且结构简单，安装方便。

附图说明

本实用新型附图仅仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本实用新型实施例一中一种光纤应变计的温度自修正装置的结构正视示意图；

图2是本实用新型实施例一中光纤应变计的温度自修正装置的结构立体示意图；

图3是本实用新型实施例一中另一种光纤应变计的温度自修正装置的结构正视示意图；

图4是本实用新型实施例二中一种光纤应变计的温度自修正装置的结构正视示意图；

图5是本实用新型施例二中光纤应变计的温度自修正装置的结构仰视示意图；

图6是本实用新型实施例二中光纤应变计的温度自修正装置的结构立体示意图；

图7是本实用新型实施例二中光纤应变计的温度自修正装置与光纤应变计组合的结构示意图。

图中：1：第一温度补偿片；11：第一光纤走线槽；12：第二光线走线槽；13：第一光纤固定点；14：第二光纤固定点；

2：第二温度补偿片；21：第三光线走线槽；22：第四光纤走线槽；23：第三光纤固定点；24：第四光纤固定点；

3：膨胀间隙；4：连接臂；5：第一突起部；6：第二突起部；

100：基底；200：第一光纤应变计；300：第二光纤应变计。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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的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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

参见图1和图2所示，本实用新型实施例提供的光纤应变计的温度自修正装置，包括第一温度补偿片1和第二温度补偿片2。

其中，第一温度补偿片1上设有两个平行间隔设置的光纤走线槽，分别为第一光纤走线槽11和第二光纤走线槽12，第一光纤走线槽内设有第一光纤固定点13，第二光纤走线槽12内设有第二光纤固定点14。

第二温度补偿片2上设有两个平行间隔设置的光纤走线槽，分别为第三光纤走线槽21和第四光纤走线槽22，第三光纤走线槽21内设有第三光纤固定点23，第四光纤走线槽22内设有第四光纤固定点24。

第一温度补偿片1和第二温度补偿片2间隔相对固定在基底100的上侧面，第一温度补偿片1和第二温度补偿片2之间形成膨胀间隙3。在第一温度补偿片1和所述第二温度补偿片2发生热膨胀变形时，膨胀间隙3能够避免第一温度补偿片1和所述第二温度补偿片2(膨胀间隙两侧的端面)直接接触。第一温度补偿片1通过其远离第二温度补偿片2的端面与基底100固定，第二温度补偿片2通过其远离第一温度补偿片1的端面与基底100固定。

第一光纤走线槽11与第三光纤走线槽21分居于膨胀间隙3的两侧，且第一光纤走线槽11与第三光纤走线槽21槽向相同，形成一个在结构上具有中断(膨胀间隙处)的长槽，用于容纳第一光纤应变计200，在放置第一光纤应变计200时，在第一光纤固定点13处和第三光纤固定点23处对第一光纤应变计200进行固定，并且保证第一光纤应变计200的敏感头位于第一光纤固定点13和第三光纤固定点23之间，第一光纤固定点13和第三光纤固定点23之间距离为第一安装距离L₃。

第二光纤走线槽12与第四光纤走线槽22同样也分居于膨胀间隙3的两侧，第二光纤走线槽12与第四光纤走线槽22槽向相同，也形成一个在结构上具有中断(膨胀间隙处)的长槽，用于容纳第二光纤应变计300，在放置第二光纤应变计300时，在第二光纤固定点14处和第四光纤固定点24处对第二光纤应变计300进行固定，并且保证第二光纤应变计300的敏感头位于第二光纤固定点14和第四光纤固定点24之间，第二光纤固定点14和第四光纤固定点24之间距离为第二安装距离L₄。

在本实施例中，第一安装距离L₃小于第二安装距离L₄，第一温度补偿片1和第二温度补偿片2的热膨胀系数α₂(两者的热膨胀系数相同)大于基底的热膨胀系数α₁。

本实施例提供的光纤应变计的温度自修正装置利用两个相对间隔设置的温度补偿片，两个温度补偿片通过各自的外端面(远离另一个温度补偿片的端面)与基底固定，其能够安装两个光纤应变计，且每个光纤应变计通过两个固定点固定，其中两个光纤应变计的固定距离(每个光纤应变计的两个固定点之间的距离)不相同，两个温度补偿片的热膨胀系数相同并大于基底的热膨胀系数，确保两个光纤应变计的温度灵敏度的差异，温度补偿片与基底之间的热膨胀至少能够部分抵消，在增大应变灵敏度的同时，能够减小温度灵敏度，减小消除热输出对光纤应变计测量结果的影响，并且结构简单，安装方便。

值得说明的是，本实用新型提供的光纤应变计的温度自修正装置对安装的光纤应变计的类型不作要求，第一光纤应变计和第二光纤应变计可以相同也可以不同。例如，两个光纤应变计可以均为光纤光栅应变计或光纤珐珀应变计，也可以其中一个为光纤光栅应变计，另一个为光纤珐珀应变计。

还值得说明的是，从整体方案上来说，设置膨胀间隙是为了避免在发生热膨胀变形时第一温度补偿片1和第二温度补偿片2之间直接接触。根据选用的两个温度补偿片和基底的材料以及光纤应变计温度自修正装置的使用环境，对于本领域技术人员而言，能够确定膨胀间隙的宽度L₂，因此，在此不再过多限定。

在一个具体地实施方式中，光纤应变计温度自修正装置所应用环境中最高温度为100℃，基底的热膨胀系数α₁为10.6×10^-6/℃，

第一温度补偿片1和第二温度补偿片2热膨胀系数α₂为18×10^-6/℃，L₁为4mm，L₂为1.5mm，L₃为1.6mm，L₄为1.8mm。

在一些优选地实施方式中，在第一温度补偿片远离所述第二温度补偿片的端面上选取两个间隔设置点作为第一温度补偿片1与基底100的固定点，同样在第二温度补偿片远离所述第一温度补偿片的端面上选取两个间隔设置点作为第二温度补偿片2与基底100的固定点。

在一些优选地实施方式中，在第一光纤固定点13和第三光纤固定点23的位置处通过焊接或粘接固定第一光纤应变计200。优选地，第一温度补偿片1通过其远离第二温度补偿片2的端面与基底100的上侧面焊接或粘接固定。

第二温度补偿片2通过其远离所述第一温度补偿片1的端面与所述基底的上侧面焊接或粘接。

在第二光纤固定点14和第四光纤固定点24的位置处通过焊接或粘接固定第二光纤应变计300。

在一些优选地实施方式中，参见图1和图2所示，第一光纤固定点13、第二光纤固定点14、第三光纤固定点23和第四光纤固定点24处均设有凹槽，方便确定固定位置，并方便进行固定操作。

为了方便固定两个温度补偿片的相对位置，参见图3所示，在一些优选地实施方式中，光纤应变计的温度自修正装置还包括至少一个连接臂4，连接臂4的一端连接第一温度补偿片1，另一端连接第二温度补偿片2，使第一温度补偿片1和所述第二温度补偿片2之间的位置相对固定。

优选地，连接臂4为两个，分别对称设置在相对的两侧，每个连接臂4的两端均是其一端连接第一温度补偿片1，另一端连接第二温度补偿片2。

实施例二

如图4-6所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：在实施例一中任一实施方式的基础上，第一温度补偿片1远离第二温度补偿片2的端面上具有两个间隔设置的第一突起部5，两个第一突起部5的下侧面均低于第一温度补偿片1的下侧面，第一温度补偿片1通过第一突起部远离第二温度补偿片2的端面与基底100的上侧面焊接或粘接。

第二温度补偿片2远离第一温度补偿片1的端面具上设有两个间隔设置的第二突起部6，两个第二突起部6的下侧面均低于第二温度补偿片2的下侧面，第二温度补偿片2通过第二突起部远离第一温度补偿片1的端面与基底200的上侧面焊接或粘接。

参见图5所示，第一温度补偿片1和第二温度补偿片2安装在基底100上时，第一温度补偿片1和第二温度补偿片2通过四个突起部(两个第一突起部和两个第二突起部)的下侧面与基底100的上侧面接触，且四个突起部的下侧面齐平，使两个温度补偿片平行于基底100的上侧面安装。

参见图7所示，是将两个温度补偿片安装在基底上，并将两个光纤应变计安装在温度补偿片的结构示意图，图中第一光纤固定点13、第二光纤固定点14、第三光纤固定点23和第四光纤固定点24位置处包裹光纤应变计的结构为焊接或粘接方式的一种结构示意。四个突起部的端面的倾斜面结构也是焊接或粘接方式的一种结构示意。

该实施例提供的温度自修正装置，通过在突起部的端面将温度补偿片与基底固定，能够减少安装顺序的限制，可以先将两个温度补偿片固定在基底100上，然后再安装光纤应变计。还可以先将光纤应变计安装在两个温度补偿片上，再将安装有光纤应变计的温度补偿片安装在基底100上，能够避免光纤应变计阻挡温度补偿片的安装区域，使安装更方便、精准。

最后应说明的是：以上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：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本实用新型的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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精神和范围。

Claims (6)

1.一种光纤应变计的温度自修正装置，其特征在于，包括：

第一温度补偿片，所述第一温度补偿片上设有两个平行间隔设置的光纤走线槽，分别为第一光纤走线槽和第二光纤走线槽，所述第一光纤走线槽内设有第一光纤固定点，所述第二光纤走线槽内设有第二光纤固定点；

第二温度补偿片，所述第二温度补偿片上设有两个平行间隔设置的光纤走线槽，分别为第三光纤走线槽和第四光纤走线槽，所述第三光纤走线槽内设有第三光纤固定点，所述第四光纤走线槽内设有第四光纤固定点；

所述第一温度补偿片和所述第二温度补偿片间隔相对固定在基底上侧面，使所述第一温度补偿片和所述第二温度补偿片之间形成膨胀间隙，在所述第一温度补偿片和所述第二温度补偿片发生热膨胀变形时，避免所述第一温度补偿片和所述第二温度补偿片直接接触；

所述第一温度补偿片通过其远离所述第二温度补偿片的端面与所述基底固定，所述第二温度补偿片通过其远离所述第一温度补偿片的端面与所述基底固定；

所述第一光纤走线槽与所述第三光纤走线槽间隔所述膨胀间隙同槽向相对，用于容纳第一光纤应变计，在所述第一光纤固定点处和所述第三光纤固定点处固定所述第一光纤应变计，所述第一光纤应变计的敏感头位于所述第一光纤固定点和所述第三光纤固定点之间，所述第一光纤固定点和所述第三光纤固定点之间距离为第一安装距离；

所述第二光纤走线槽和所述第四光纤走线槽间隔所述膨胀间隙同槽向相对，用于容纳第二光纤应变计，在所述第二光纤固定点处和所述第四光纤固定点处固定所述第二光纤应变计，所述第二光纤应变计的敏感头位于所述第二光纤固定点和所述第四光纤固定点之间，所述第二光纤固定点和所述第四光纤固定点之间距离为第二安装距离；

所述第一安装距离小于所述第二安装距离；

所述第一温度补偿片和所述第二温度补偿片的热膨胀系数相同且大于所述基底的热膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的光纤应变计的温度自修正装置，其特征在于：在所述第一光纤固定点和所述第三光纤固定点处通过焊接或粘接固定所述第一光纤应变计；

在所述第二光纤固定点和所述第四光纤固定点处通过焊接或粘接固定所述第二光纤应变计。

3.根据权利要求1或2所述的光纤应变计的温度自修正装置，其特征在于：所述第一光纤固定点、第二光纤固定点、第三光纤固定点和第四光纤固定点处均设有凹槽。

4.根据权利要求1所述的光纤应变计的温度自修正装置，其特征在于：还包括至少一个连接臂，所述连接臂的一端连接所述第一温度补偿片，另一端连接所述第二温度补偿片，使所述第一温度补偿片和所述第二温度补偿片之间的位置相对固定。

5.根据权利要求1或4所述的光纤应变计的温度自修正装置，其特征在于：所述第一温度补偿片通过其远离所述第二温度补偿片的端面与所述基底的上侧面焊接或粘接；

所述第二温度补偿片通过其远离所述第一温度补偿片的端面与所述基底的上侧面焊接或粘接。

6.根据权利要求4所述的光纤应变计的温度自修正装置，其特征在于：所述第一温度补偿片远离所述第二温度补偿片的端面上具有两个间隔设置的第一突起部，两个所述第一突起部的下侧面均低于所述第一温度补偿片的下侧面，所述第一温度补偿片通过所述第一突起部远离所述第二温度补偿片的端面与所述基底的上侧面焊接或粘接；

所述第二温度补偿片远离所述第一温度补偿片的端面上具有两个间隔设置的第二突起部，两个所述第二突起部的下侧面均低于所述第二温度补偿片的下侧面，所述第二温度补偿片通过所述第二突起部远离所述第一温度补偿片的端面与所述基底的上侧面焊接或粘接；

两个所述第一突起部的下侧面与两个所述第二突起部的下侧面齐平，且与所述基底的上侧面接触。

Images