CN218628164U - 一种新型片式光纤光栅应变花传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤光栅应变测量技术领域，具体涉及一种新型片式光纤光栅应变花传感器，包括：基体，其包括三个片式基体；三个所述片式基体呈三角形布置、且相邻两个所述片式基体间通过固定卡扣连接；光纤，其从所述基体一顶角延伸并依次穿过三个所述片式基体表面、直至从所述基体同一顶角延伸出所述片式基体表面；所述光纤与光纤光栅应变调节仪连接。通过将三个片式基体依次连接形成三角形，且将同一根光纤依次串联三个片式基体，实现一个传感器能够同时进行三向应变的测量，降低施工难度，提高测量效率并减小传感器的空间占用；同时各部件均可实现批量加工，仅需拼装即可，具体实施过程中布设施工难度低。

Description

一种新型片式光纤光栅应变花传感器

技术领域

本实用新型属于光纤光栅应变测量技术领域，具体涉及一种新型片式光纤光栅应变花传感器。

背景技术

钢结构在建筑领域和技术领域中均被广泛使用，在使用过程中由于钢结构会受应力作用而发生应变；而应变过大会对钢结构的机械性能造成影响，因此，钢结构的应变测量是十分有必要的。目前行业中针对应变测试的手段包括电阻应变法、光纤光栅法、X射线衍射法、中子衍射法等，但大多测试手段仅限于测试，不适用于长期监测。

现有的光纤光栅应变传感器通常只能监测待测结构单个方向的应力状态，而工程结构中，需要测量单个结构或两个结构间在多方向上的应变量以确认结构最大主应力，进而满足结构工程应力状态监测需求，避免结构裂纹失效导致工程事件的发生。现有的三向应变测量装置包括四个传感器、二十四个接线端子，实际测量时需要进行十二根信号线和十二根电源线的衔接，其接线复杂，易因接线错误造成结果不准确或无结果。

同时传统的应变测量技术手段在使用中往往受到限制，一方面在测试的准备工作和实施过程的工作量很大，效率不高；另一方面应变片本身存在测量漂移，只能开展短期应变测量，不能对金属结构应变进行长期的检测，更不能够满足大型设备高精度、远距离、分布式检测的技术要求。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种新型片式光纤光栅应变传感器，通过将三个片式基体依次连接形成等边三角形，且将光纤依次穿过串联三个片式基体，实现三向应变的便捷测量，提高测量效率；同时各部件均可实现批量加工，仅需拼装即可，具体实施过程中布设施工难度低。

一种新型片式光纤光栅应变花传感器，包括：

基体，其包括三个片式基体；三个所述片式基体呈等边三角形布置、且相邻两个所述片式基体间通过固定卡扣连接；

光纤，其从所述基体一顶角延伸并依次穿过三个所述片式基体表面、直至从所述基体同一顶角延伸出所述片式基体表面；所述光纤与光纤光栅应变调节仪连接。

通过将三个片式基体依次连接形成等边三角形，且将同一根光纤依次串联三个片式基体，实现一个传感器能够同时进行三向应变的测量，降低施工难度，提高测量效率并减小传感器的空间占用；同时各部件均可实现批量加工，仅需拼装即可，具体实施过程中布设施工难度低。

进一步的，所述片式基体呈矩形、且其四角均开设倒角，所述倒角与所述片式基体长边的夹角为30度。

通过将各片式基体四角开设倒角，便于相邻两个片式基体的连接，且便于固定卡扣的固定。

进一步的，所述片式基体包括：

光纤槽，其呈长条形，沿所述片式基体中轴线方向开设；

形变孔，其呈长条形，两个所述形变孔分别开设在靠近所述片式基体两端的位置、且所述形变孔的延伸方向与所述片式基体的方向垂直；

光纤过桥孔，其呈圆形，两个所述光纤过桥孔分别开设在所述片式基体两端；

卡扣固定孔，其与所述固定卡扣形状适配；两组所述卡扣固定孔分别开设在所述片式基体两端、且位于所述倒角处，用于所述固定卡扣的安装。

通过在片式基体上开设光纤槽，用于光纤的嵌入；通过开设形变孔用于形变增敏，进而增强传感器三向应变测量的灵敏度；通过开设光纤过桥孔，用于连接光纤槽与外界环境，进而便于光纤的延伸；通过开设卡扣固定孔用于固定卡扣连接相邻两个片式基体。

进一步的，所述光纤为含有等距光栅的光纤，包括依次布置的第一尾纤、光纤连接段、光纤过渡段和第二尾纤；所述光纤连接段的中点位置设置光栅区用于夹固，两端分别设置光纤固定点，用于与所述片式基体连接，所述光纤连接段穿过所述光纤槽；所述光纤过渡段连接相邻两个所述片式基体；所述光纤过渡段、所述第一尾纤、第二尾纤采用光纤护套进行防护。

通过在光纤连接段设置光纤固定点，用于将光纤连接段焊接或胶粘固定连接片式基体，确保片式基体间应变传递的有效性；同时对光纤过渡段、第一尾纤、第二尾纤采用光纤护套便于对其进行防护。

进一步的，所述片式基体背部设置安装焊接点，四个所述安装焊接点沿所述片式基体的四角对称分布，用于与被测结构物连接。

通过在片式基体上设置安装焊接点，确保片式基体有效焊接在被测结构物上，确保沿片式基体轴线方向的单轴应变测量的有效性，进而确保传感器三向应变测量的有效性；同时能够通过安装焊接点对片式基体的位置进行快速定位，便于安装。

进一步的，所述固定卡扣呈U型，其材质与所述片式基体相同。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过将三个片式基体依次连接形成等边三角形，且将同一根光纤依次串联三个片式基体，实现一个传感器能够同时进行三向应变的测量，降低施工难度，提高测量效率并减小传感器的空间占用；同时各部件均可实现批量加工，仅需拼装即可，具体实施过程中布设施工难度低；通过在片式基体上开设光纤槽，用于光纤的嵌入；通过开设形变孔用于形变增敏，进而增强传感器三向应变测量的灵敏度；通过开设光纤过桥孔，用于连接光纤槽与外界环境，进而便于光纤的延伸；通过开设卡扣固定孔用于固定卡扣连接相邻两个片式基体；通过在光纤连接段设置光纤固定点，用于将光纤连接段焊接或胶粘固定连接片式基体，确保片式基体间应变传递的有效性；同时对光纤过渡段、光纤尾纤采用光纤护套便于对其进行防护。通过设置形变孔进行形变增敏，实现对被测结构物进行长期的应变检测。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的背部结构示意图。

附图标记：

1、基体；11、片式基体；111、倒角；112、光纤槽；113、形变孔；114、光纤过桥孔；115、卡扣固定孔；116、安装焊接点；

2、光纤；211、第一尾纤；212、第二尾纤；22、光纤连接段；23、光纤过渡段；24、光栅区；25、光纤固定点；26、光纤护套；

3、固定卡扣。

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。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、图2所示，本实施提供的这种新型片式光纤光栅应变花传感器，包括基体1和光纤2。其中基体1成等边三角形；通过将三个片式基体11依次连接形成等边三角形，且将同一根光纤2依次串联三个片式基体11，实现一个传感器能够同时进行三向应变的测量，降低施工难度，提高测量效率并减小传感器的空间占用；同时各部件均可实现批量加工，仅需拼装即可，具体实施过程中布设施工难度低。

具体来说，基体1，其包括三个片式基体11；三个片式基体11呈等边三角形布置、且相邻两个片式基体11间通过固定卡扣3连接。

其中，片式基体11呈矩形、且其四角均开设倒角111，倒角111与片式基体11长边的夹角为30度，通过将各片式基体11四角开设倒角111，便于相邻两个片式基体11的连接，且便于固定卡扣3的固定。

其中，片式基体11包括：

光纤槽112，其呈长条形，沿片式基体11中轴线方向开设；

形变孔113，其呈长条形，两个形变孔113分别开设在靠近片式基体11两端的位置、且形变孔113的延伸方向与片式基体11的方向垂直；

光纤过桥孔114，其呈圆形，两个光纤过桥孔114分别开设在片式基体11两端；

卡扣固定孔115，其与固定卡扣3形状适配；两组卡扣固定孔115分别开设在片式基体11两端、且位于倒角111处，用于固定卡扣3的安装。

通过在片式基体11上开设光纤槽112，用于光纤2的嵌入；通过开设形变孔113用于形变增敏，进而增强传感器三向应变测量的灵敏度；通过开设光纤过桥孔114，用于连接光纤槽112与外界环境，进而便于光纤2的延伸；通过开设卡扣固定孔115用于固定卡扣3连接相邻两个片式基体11。

其中，片式基体11背部设置安装焊接点116，四个安装焊接点116沿片式基体11的四角对称分布，用于与被测结构物连接。通过在片式基体11上设置安装焊接点116，确保片式基体11有效焊接在被测结构物上，确保沿片式基体11轴线方向的单轴应变测量的有效性，进而确保传感器三向应变测量的有效性；同时能够通过安装焊接点116对片式基体11的位置进行快速定位，便于安装。

具体来说，光纤2，其从基体1一顶角延伸并依次穿过三个片式基体11表面、直至从基体1同一顶角延伸出片式基体11表面；光纤2与光纤光栅应变调节仪连接。

其中，光纤2为含有等距光栅的光纤，其包括依次布置的第一尾纤211、光纤连接段22、光纤过渡段23和第二尾纤212；光纤连接段22的中点位置设置光栅区24用于夹固，两端分别设置光纤固定点25，用于与片式基体11连接，光纤连接段22穿过光纤槽112；光纤过渡段23连接相邻两个片式基体11；光纤过渡段23、第一尾纤211、第二尾纤212采用光纤护套26进行防护。通过在光纤连接段22设置光纤固定点25，用于将光纤连接段22焊接或胶粘固定连接片式基体11，确保片式基体11间应变传递的有效性；同时对光纤过渡段23、第一尾纤211、第二尾纤212采用光纤护套26便于对其进行防护；光纤尾纤21的光纤护套26同时做接头，使得能够形成一个三个片式基体11的光栅区24分别进行封装的光栅串。

具体来说，固定卡扣3呈U型，其材质与片式基体11相同，用于连接相邻两个片式基体11。

本实用新型的安装方法为：

将三个片式基体11沿倒角111拼接，形成等边三角形的基体1，并通过固定卡扣3固定连接相邻两个片式基体11；通过安装焊接点116将基体1与被测结构物焊接连接；

将光纤2一端与光纤光栅应变调节仪连接，另一端伸入任一个片式基体11的光纤过桥孔114、穿过光纤槽112、并从另一光纤过桥孔114中穿出，再穿入相邻的片式基体11中，重复此步骤，直至从最后一个片式基体11中穿出，并连接光纤光栅应变调节仪；光栅区24置于光纤连接段22的中间位置，夹固等距光栅两端的光纤2并加载预紧力，光纤连接段22经光纤固定点25时与片式基体11焊接或胶粘进行固定；光纤过渡段23、第一尾纤211、第二尾纤212上加穿光纤护套26，形成能够进行三向应变的光纤光栅应变花传感器。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型片式光纤光栅应变花传感器，其特征在于，包括：

基体(1)，其包括三个片式基体(11)；三个所述片式基体(11)呈等边三角形布置、且相邻两个所述片式基体(11)间通过固定卡扣(3)连接；

光纤(2)，其从所述基体(1)一顶角延伸并依次穿过三个所述片式基体(11)表面、直至从所述基体(1)同一顶角延伸出所述片式基体(11)表面；所述光纤(2)与光纤光栅应变调节仪连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型片式光纤光栅应变花传感器，其特征在于：所述片式基体(11)呈矩形、且其四角均开设倒角(111)，所述倒角(111)与所述片式基体(11)长边的夹角为30度。

3.根据权利要求2所述的一种新型片式光纤光栅应变花传感器，其特征在于：所述片式基体(11)包括：

光纤槽(112)，其呈长条形，沿所述片式基体(11)中轴线方向开设；

形变孔(113)，其呈长条形，两个所述形变孔(113)分别开设在靠近所述片式基体(11)两端的位置、且所述形变孔(113)的延伸方向与所述片式基体(11)的方向垂直；

光纤过桥孔(114)，其呈圆形，两个所述光纤过桥孔(114)分别开设在所述片式基体(11)两端；

卡扣固定孔(115)，其与所述固定卡扣(3)形状适配；两组所述卡扣固定孔(115)分别开设在所述片式基体(11)两端、且位于所述倒角(111)处，用于所述固定卡扣(3)的安装。

4.根据权利要求3所述的一种新型片式光纤光栅应变花传感器，其特征在于：所述光纤(2)为含有等距光栅的光纤，包括依次布置的第一尾纤(211)、光纤连接段(22)、光纤过渡段(23)和第二尾纤(212)；所述光纤连接段(22)的中点位置设置光栅区(24)用于夹固，两端分别设置光纤固定点(25)，用于与所述片式基体(11)连接，所述光纤连接段(22)穿过所述光纤槽(112)；所述光纤过渡段(23)连接相邻两个所述片式基体(11)；所述光纤过渡段(23)、所述第一尾纤(211)、第二尾纤(212)采用光纤护套(26)进行防护。

5.根据权利要求1所述的一种新型片式光纤光栅应变花传感器，其特征在于：所述片式基体(11)背部设置安装焊接点(116)，四个所述安装焊接点(116)沿所述片式基体(11)的四角对称分布，用于与被测结构物连接。

6.根据权利要求1所述的一种新型片式光纤光栅应变花传感器，其特征在于：所述固定卡扣(3)呈U型，其材质与所述片式基体(11)相同。

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