CN220853485U - 一种光纤光栅结构应变监测传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤光栅结构应变监测传感器。本实用新型包括两个安装底座、及其位于两个安装底座内部的传感器外壳，传感器外壳内装设有光纤和两个光栅，传感器外壳包括基底，基底的两端均卡接有加持套筒，基底和加持套筒之间套设有密封套，加持套筒的一端连接有堵头，而光栅位于基底的内部。本实用新型通过制作方便，安装灵活，针对不同的工程要求灵活的改变灵敏度要求，且通过密封挡板的设置可以提高传感器的密封性，使得监测传感器在混凝土内时候的密封性更好，减少了灰尘对光纤光栅数据的影响，在提高监测传感器使用寿命的过程中还提高了传感器传输数据的准确度，具有良好的社会效益。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器领域，具体地说，涉及一种光纤光栅结构应变监测传感器。
背景技术
实时监测桥梁、隧道、房屋、大坝等土木工程基础设施的健康状况，预测结构的健康损伤，降低潜在危害发生的可能性，可以极大减少结构破坏对生命财产带来的危害。为了可以达到这一目标，需要对结构进行实时监测，分析监测数据，拥有结构损伤鉴别能理。
以往，损伤监测以无损检测和人工目测方法为主，通常在结构表面使用电子式设备进行监测，这些电子式设备易受到灰尘干扰，并且大型结构往往使用年限都较长，长达几十年，电子式设备无法实现长时间的实时监测。此外，传统监测设备往往安装于结构表面，不能从结构内部监测其变化，使得传统监测浮于表面，监测效果不理想，在安装在结构容易因密封不足，容易导致监测传感器损坏。
综上，因此本实用新型提供了一种光纤光栅结构应变监测传感器，以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种光纤光栅结构应变监测传感器。
为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
一种光纤光栅结构应变监测传感器，包括两个安装底座、及其位于两个安装底座内部的传感器外壳，传感器外壳内装设有光纤和两个光栅，传感器外壳包括基底，基底的两端均卡接有加持套筒，基底和加持套筒之间套设有密封套，加持套筒的一端连接有堵头，而光栅位于基底的内部，光纤位于加持套筒内并从堵头内穿出。
可选的，基底包括连接部，连接部的两端分别连接有定位部，两个定位部的一端分别连接有第一导向部和第二导向部，第一导向部和第二导向部的上方均开设有放置光栅的放置部，且第二导向部的上方开设有凹槽，连接部外壁的周侧设置有类弹簧结构，连接部、第一导向部和第二导向部均开设有通槽。
可选的，加持套筒包括筒体，筒体在靠近基底的周侧开设有多个环形槽，环形槽内装设有密封圈，筒体的中间部位设置有凸起部，而密封套位于两个凸起部之间。
可选的，基底和堵头的一端均连接有螺纹筒，加持套筒的两端均开设有螺纹槽。
可选的，堵头靠近筒体的一端连接有密封挡板，密封挡板的相对侧贯穿开设有和光纤相适配的通孔。
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果，当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以下所述的所有优点：
本实用新型通过制作方便，安装灵活，针对不同的工程要求灵活的改变灵敏度要求，且通过密封挡板可以提高传感器的密封性，使得监测传感器在混凝土内时候的密封性更好，减少了灰尘对光纤光栅数据的影响，在提高监测传感器使用寿命的过程中还提高了传感器传输数据的准确度，具有良好的社会效益。
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1为本实用新型一实施例的传感器内部立体结构示意图之一；
图2为本实用新型一实施例的传感器内部立体结构示意图之二；
图3为本实用新型一实施例的传感器内部立体结构示意图；
图4为本实用新型一实施例的基底立体结构示意图；
图5为图2中A处结构示意图；
图6为图3中B处结构示意图；
图7为本实用新型一实施例的堵头立体结构示意图；
图8为本实用新型一实施例的安装底座和传感器立体结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、安装底座；2、传感器外壳；3、光纤；4、光栅；5、基底；6、加持套筒；7、密封套；8、堵头；10、安装孔；11、弧形凹口；12、筒体；13、凸起部；15、螺纹筒；16、密封挡板。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
请参阅图1-8所示，在本实施例中提供了一种光纤光栅结构应变监测传感器，包括两个安装底座1、及其位于两个安装底座1内部的传感器外壳2，传感器外壳2内装设有光纤3和两个光栅4，光栅4为布拉格光栅4，传感器外壳2包括基底5，基底5的两端均卡接有加持套筒6，基底5和加持套筒6之间套设有密封套7，加持套筒6的一端连接有堵头8，而光栅4位于基底5的内部，光纤3位于加持套筒6内并从堵头8内穿出，加持套筒6、堵头8、基底5均采用低热膨胀系数的材料，解决金属热胀冷缩带来的结构应变变化的影响，本传感器不仅可以用于结构面安装，还可以埋置于结构内部，能很好的适应结构内部相对复杂的环境，对待监测结构实现内部的诊断监测，凸起部13用于对密封套7的位置进行定位，避免密封套7脱落的情况发生。
可选的，基底5包括连接部17，连接部17的两端分别连接有定位部18，两个定位部18的一端分别连接有第一导向部19和第二导向部20，第一导向部19和第二导向部20的上方均开设有放置光栅4的放置部，且第二导向部20的上方开设有凹槽21，凹槽21可放置棉线使得温度补偿光栅处理自由松弛状态，在后续光栅4贴合放置部后可将棉线抽离，连接部外壁的周侧设置有类弹簧结构11，连接部17、第一导向部19和第二导向部20均开设有通槽22，光纤3和光栅4之间通过速干胶的方式连接在放置部的一侧。
可选的，加持套筒6包括筒体12，筒体12在靠近基底5的周侧开设有多个环形槽23，环形槽23内装设有密封圈24，筒体12的中间部位设置有凸起部13，而密封套7位于两个凸起部13之间，密封圈24为硅胶材质，密封圈24的设置用于提高传感器的密封性。
可选的，基底5和堵头8的一端均连接有螺纹筒15，加持套筒6的两端均开设有螺纹槽，螺纹筒15和螺纹筒15的设置可以方便人员后续对基底5和堵头8的连接，而且拆装方式更加简单，利于后续人员的拆装，螺纹槽的内壁为内螺纹结构，螺纹筒15外壁为外螺纹结构。
可选的，堵头8靠近筒体12的一端连接有密封挡板16，密封挡板16的相对侧贯穿开设有和光纤3相适配的通孔，通过密封挡板16的设置可以进一步提高传感器外壳2的密封性，而密封挡板16和堵头8之间通过速干胶的方式连接。
该传感器制作方便，安装灵活，针对不同的工程要求灵活的改变灵敏度要求，可以较为精确的减少温度对传感器的影响，可以由内而外，全方位的对待监测结构进行实时监测。
改变灵敏度的原理
假设两固定支点的距离为L,两加持管内测端点的距离为Lf。若两固定支点发生ΔL的轴向变形，加持管和光纤光栅的变形分别为ΔLs和ΔLf。有材料力学基本原理可得：
其中，Es和Ef分别为加持管材料和光纤的弹性模量；As和Af分别加持管和光纤的截面面积；P为传感器结构的内力，结构内部各处内力相等，由此可得：
即
由于材料的截面面积于弹性模量远大于光纤的截面面积和弹性模量，所以的值非常小，即整个传感器加持管发生的变形可以忽略不计，固定支点处发生的变形量几乎全部加载到了光纤上。对于中线波长1550nm的光栅而言，中心波长的变化于外界关系为
由上式可以看出，改变固定支点的距离和两加持管内测端点的距离，来改变传感器应变灵敏度。
温度补偿原理
在小范围内，同一根光纤上各点温度近似相等。假设该光纤上两个光栅的初始波长为λ01和λ02，温度灵敏度系数分别为T1和T2，波长为λ02的光栅处于松弛状态，在量程范围内不受外力影响而发生形变。
以温度升高且有外力下应变波长的变化关系式为
其中，T为外界温度，λ1和λ2为变化后的波长
由此可见，高传感器解决了温度变化对中心波长的影响。
该传感器可以通过改变固定支点的距离和两加持管内测端点的距离，来改变传感器应变灵敏度，而且为了解决温度变化对光栅的影响，采用双光栅的方法，使核心基底上的某一光栅用作温度补偿光栅；
该传感器具有结构简单，抗电磁干扰，稳定性好，组网能力强等优点，对于服役期较长的基础设施而言，FBG传感器可以满足其长期实时监测。
本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (5)
1.一种光纤光栅结构应变监测传感器，其特征在于，包括两个安装底座(1)、及其位于两个安装底座(1)内部的传感器外壳(2)，传感器外壳(2)内装设有光纤(3)和两个光栅(4)，传感器外壳(2)包括基底(5)，基底(5)的两端均卡接有加持套筒(6)，基底(5)和加持套筒(6)之间套设有密封套(7)，加持套筒(6)的一端连接有堵头(8)，而光栅(4)位于基底(5)的内部，光纤(3)位于加持套筒(6)内并从堵头(8)内穿出。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅结构应变监测传感器，其特征在于，基底(5)包括连接部(17)，连接部(17)的两端分别连接有定位部(18)，两个定位部(18)的一端分别连接有第一导向部(19)和第二导向部(20)，第一导向部(19)和第二导向部(20)的上方均开设有放置光栅(4)的放置部，且第二导向部(20)的上方开设有凹槽(21)，连接部外壁的周侧设置有类弹簧结构(11)，连接部(17)、第一导向部(19)和第二导向部(20)均开设有通槽(22)。
3.根据权利要求1所述的一种光纤光栅结构应变监测传感器，其特征在于，加持套筒(6)包括筒体(12)，筒体(12)在靠近基底(5)的周侧开设有多个环形槽(23)，环形槽(23)内装设有密封圈(24)，筒体(12)的中间部位设置有凸起部(13)，而密封套(7)位于两个凸起部(13)之间。
4.根据权利要求1所述的一种光纤光栅结构应变监测传感器，其特征在于，基底(5)和堵头(8)的一端均连接有螺纹筒(15)，加持套筒(6)的两端均开设有螺纹槽。
5.根据权利要求1所述的一种光纤光栅结构应变监测传感器，其特征在于，堵头(8)靠近筒体(12)的一端连接有密封挡板(16)，密封挡板(16)的相对侧贯穿开设有和光纤(3)相适配的通孔。
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