CN2706739Y - 预张拉光纤光栅大标距应变传感器 - Google Patents

预张拉光纤光栅大标距应变传感器 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供的是一种预张拉光纤光栅大标距应变传感器。它包括光纤光栅和光纤光栅封装结构，其光纤光栅是预先进行预应力张拉的光纤光栅，所述的光纤光栅封装结构包括金属套管，金属套管的两端固定连接有金属基片，预先进行预应力张拉的光纤光栅置于金属套管内且两端与金属套管固连。本实用新型的装置既能保证利用光纤光栅小标距精确测量大标距平均应变，又能方便传感器布设，保证光纤光栅存活。

Description

预张拉光纤光栅大标距应变传感器
(一)、所属领域
本实用新型是涉及的是一种适用于应变测量领域的应变传感器。
(二)、背景技术
1978年Hill等人发现含锗光纤具有光敏性并研制出世界上第一根光纤光栅。1989年Meltz等人报道了利用紫外线侧写入技术制造光纤光栅，大大地提高了光纤光栅的写入效率。1993年Hill等人利用相位掩模法侧写入光栅进一步提高了光纤光栅写入效率。人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应用奠定了基础。1989年Morey等人报道了光纤光栅温度、应变及静水压力传感特性，从此光纤光栅在传感领域的应用引起了人们的广泛重视。作为一种新型的结构智能传感元件，光纤光栅诸多优点，如：不受电磁干扰、不受潮湿环境影响、寿命长、可实现准分布、体积小、质量轻、频带宽、信号衰减小，使其成为替代传统电阻应变计的传感器首选。
但是由于制作方面的局限性，光纤光栅一般长度约为15mm。其测量应变为15mm标距长度范围内的平均应变。这样的小标距使得光纤光栅在测量结构(如钢筋混凝土结构)100mm这样的大标距平均应变时会遇到问题。
光纤光栅直径小、质地脆，容易被破坏。直接将其埋入或粘贴到土木工程结构上很困难。而且由于其本身传感段长度的限制，目前已有的光纤光栅传感器只是被应用于小标距的测量。不能被应用于大标距的测量。
(三)、发明内容
本实用新型的目的在于提供一种既能保证利用光纤光栅小标距精确测量大标距平均应变，又能方便传感器布设，保证光纤光栅存活的预张拉光纤光栅大标距应变传感器。
本实用新型的目的是这样实现的：它包括光纤光栅和光纤光栅封装结构，其光纤光栅是预先进行预应力张拉的光纤光栅，所述的光纤光栅封装结构包括金属套管，金属套管的两端固定连接有金属基片，预先进行预应力张拉的光纤光栅置于金属套管内且两端与金属套管固连。
本实用新型还可以包括这样一些结构特征：
1、预先进行预应力张拉的光纤光栅的两端连接铠装光栅。
2、预先进行预应力张拉的光纤光栅悬空在金属套管中。
本实用新型将预先进行预应力张拉的光纤光栅固定在一种封装结构上，通过封装结构精确确定测量标距。在测量标距内光纤光栅预张拉不释放且保持悬空。经过试验验证，本封装光纤光栅应变传感器可以精确测量大标距拉、压应变。本实用新型的传感特性为：
             Δλ/λ＝Kεε+KTΔT
式中，Kε为应变传感灵敏系数；KT为温度传感灵敏系数，它们可以通过标定试验得到。利用光纤光栅解调仪便可通过对布拉格波长λ的测量实现对应变的测量。在传感器的两端均引出传输段单模光纤，便于串连达到准分布式测量的目的。
本实用新型具有以下优点：1、适于产业化生产，结构简单，成本较低；2、经过预张拉技术封装的光纤光栅应变传感器可以精确测量大标距平均应变；3、该封装结构可以保证光纤光栅及光纤的存活。4、可以通过串连，形成准分布式传感网络从而实现多点单线测量或应变与温度的同时测量。本实用新型的装置既能保证利用光纤光栅小标距精确测量大标距平均应变，又能方便传感器布设，保证光纤光栅存活。
(四)、附图说明
附图是本实用新型的结构示意图。
(五)、具体实施方案
下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：
预张拉光纤光栅大标距应变传感器的组成包括光纤光栅和光纤光栅封装结构。其光纤光栅是预先进行预应力张拉的光纤光栅1。其光纤光栅封装结构包括金属套管2，两个金属基片3，金属套管的两端焊接在属基片上，实现固定连接。预先进行预应力张拉的光纤光栅置于金属套管内且两端与金属套管固连，并保证预先进行预应力张拉的光纤光栅悬空在金属套管中。
本实用新型的第二种实施方案是在预应力张拉的光纤光栅的两端连接铠装光栅4。
金属套管起到保护光纤悬空光栅的作用。套管与基片焊接在一起能够保证封装结构的整体协调变形。这里光纤光栅标距为15mm，而经过预张拉封装的光纤光栅可以测量100mm或者更大标距的平均应变。在增大标距的两端固结点处，光纤与钢管固结。钢套管内光纤光栅不释预张拉，悬空于钢套管内。本实用新型的第一种实施方案适合于进行单点测量及另有温度补偿手段时使用，该种实施方案的传感器可不设引出线。
本实用新型的第二种实施方案将光纤光栅同金属套管直接引入铠装光纤，这样能够更加有利地保护光纤。在传感器两端引出光纤的目的是为了利用波分复用的原理实现单线多点的准分布测量或连接光纤光栅温度传感器实现温度补偿。

Claims (3)

1、一种预张拉光纤光栅大标距应变传感器，它包括光纤光栅和光纤光栅封装结构，其特征是：其光纤光栅是预先进行预应力张拉的光纤光栅，所述的光纤光栅封装结构包括金属套管，金属套管的两端固定连接有金属基片，预先进行预应力张拉的光纤光栅置于金属套管内且两端与金属套管固连。
2、根据权利要求1所述的预张拉光纤光栅大标距应变传感器，其特征是：预先进行预应力张拉的光纤光栅的两端连接铠装光栅。
3、根据权利要求1或2所述的预张拉光纤光栅大标距应变传感器，其特征是：预先进行预应力张拉的光纤光栅悬空在金属套管中。
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