CN2854587Y - 滚轴式光纤光栅裂缝传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其包括有一封装盒，盒内设有同心不同直径的金属滚轴，轴承，金属滚轴的不同直径外圆处设有刚性连接的金属探杆和粘贴有光纤光栅的微细金属杆，金属探杆穿越封装盒向外延伸，延伸端支承在可滑移固定的金属支座上，粘贴有光纤光栅的微细金属件的另一端与封装盒侧壁固定，其固定端为连接光纤光栅解调仪的铠装引出端。本传感器基于光纤光栅应变测量原理，依据实际土木工程裂缝产生机理而设计，其结构简单新颖，应变测试精度高，耐久性高，抗磁干扰性强，可方便改变量程、组成分布式传感网络，是一种能满足结构长期裂缝监测的传感器，被广泛应用于土木工程、航空航天、石油化工、医学、环境工程等领域。

Description

滚轴式光纤光栅裂缝传感器

技术领域

本实用新型涉及一种用于监测混凝土或者钢材表面裂缝的传感器，尤其是以光纤光栅作为传感元件的滚轴式光纤光栅裂缝传感器。

背景技术

结构健康监测对保证结构的长期安全运行有重要的意义，而裂缝是混凝土及钢结构建筑物中最令人关注的、首要的质量问题，尤其在混凝土结构中防裂缝是施工的基本要求。混凝土裂缝超过0.2～0.4mm，就可能由于混凝土内部钢筋的腐蚀导致结构的使用寿命缩短。大到1～2mm宽的裂缝则可能由于长期过载直接导致结构严重破坏，给人民生命财产造成了重大的损失。如果事先能对裂缝的发展状况进行观测，及时掌握其变化并给予必要的维护，就能确保安全，避免事故的发生，这表明大型土木结构的裂缝监测必不可少。

对混凝土结构的裂缝进行评估，其传统方法包括直接观察法、敲击回波法、声发射探伤法以及红外热成像法等。这些方法不能直接测量出裂缝的宽度，属点式监测。从全面收集建筑物的安危和实况重要信息这方便而言，尚有相当的局限性。尤其是时空上涵盖全结构的局限性——即收集信息在时间、空间上的不连续，这会导致险情或重要先兆信息的漏掉。

光纤光栅是目前在智能材料系统研究中应用最为广泛的传感材料之一，具有抗潮、抗腐蚀能力强，结构简单，可以方便改变量程，可以组成分布式传感网络等优点。如何应用光纤光栅的应变测量传感原理制成结构简单的光纤光栅裂缝传感器，进行对结构表面进行应变监测是本文要探讨的课题。

发明内容

本实用新型的发明目的皆在克服现有技术的缺陷而提供一种结构简单、高耐久性、高精确度、可方便改变量程、可很好对结构表面进行应变监测、可组成分布式传感网络的滚轴式光纤光栅裂缝传感器。

本实用新型的发明目的通过下列技术方案实现：

一种滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其特征在于该裂缝传感器包括有一封装盒，盒内设有以支承轴为支承的同心不同直径的金属滚轴，该金属滚轴与支承轴的结合处设有轴承，金属滚轴的不同直径外圆处分别与金属探杆和粘贴有光纤光栅的微细金属件刚性连接，金属探杆穿越封装盒外延伸，延伸端支承在可滑移固定的金属支座上，粘贴有光纤光栅的微细金属件的另一端与封装盒侧壁固定，其固定端为连接光纤光栅解调仪的铠装引出端。

所述的铠装引出端外接铠装光缆沿线路设置保护盒。

所述的微细金属件可以是金属薄片或金属细丝。

所述的封装盒在金属探杆穿越处缝隙内充填有柔性防水胶。

所述的封装盒整体以原子灰涂抹磨平，并以喷漆喷饰。

与现有技术相比，本实用新型基于光纤光栅应变测量原理，依据实际土木工程裂缝产生机理为设计基础，是一种结构简单新颖、应变测试精度高、能满足结构长期裂缝监测的传感器，具有抗潮、抗腐蚀能力强的高耐久性、抗磁干扰性强、通过改变结构的物理参数可方便地改变量程、可组成分布式传感网络等优点，被广泛应用于土木工程、航空航天、石油化工、医学、环境工程等领域。

附图说明

附图1给出了本实用新型剖视结构示意图。

具体实施方式

按给出的附图实施例对本实用新型再进行详细描述。

如图1所示，滚轴式光纤光栅裂缝传感器是基于光纤光栅应变测量原理、依据实际土木工程裂缝产生机理而研制的一种以光纤光栅为传感元件、以粘贴有光纤光栅的金属薄片或金属细丝为测量元件的传感器。

该传感器有一保护内部元件的封装盒6，该封装盒可根据被测结构外形改变形状，盒内设有增大传感器光纤光栅量程作用的同心不同直径的金属滚轴2，该金属滚轴通过支承轴8支承并焊固在封装盒前后壁，为了尽量减小金属滚轴在转动时与支承轴间发生的摩擦力，提高传感器精度，在金属滚轴与支承轴之间设置有轴承3，并在金属滚轴的不同直径外圆处分别焊接金属探杆4和粘贴有光纤光栅的微细金属件1即金属薄片或金属细丝，其中金属探杆4穿越封装盒6侧壁向外延伸，延伸端支承在可滑移调节的金属支座5上，金属支座的滑移根据传感器的测量标距而定，按标距滑移后给予固定，而粘贴有光纤光栅的金属薄片或金属细丝为敏感元件，其另一端与封装盒6侧壁焊接固定，其固定端为连接光纤光栅解调仪的铠装引出端7。

为提高传感器的耐腐蚀性能，封装盒在金属探杆穿越侧壁处的缝隙进行充填柔性防水胶处理，同时对封装盒所有空隙均以原子灰进行整体涂抹、磨平，并以喷漆喷饰，防止雨水等腐蚀介质通过缝隙进入传感器内部直接腐蚀光纤光栅，降低传感器的耐用度。由于光纤是不能承受剪应力，而土木工程又是粗放施工，对引出线的保护是必要的，因此在引出端7外接铠装电缆时沿线路设置保护盒。

本实用新型制作时，首先根据实际结构型式和结构裂纹监测要求进行传感器零件的设计和加工，制作各组成零件；接着将金属探杆和金属薄片分别焊接到金属滚轴的不同直径外圆上，在金属滚轴内压入轴承并通过支撑杆固定到封装盒内，然后将金属薄片的另一端焊接到封装盒的另一侧，焊接结束后，为了消除温度和残余应力的影响，组装后的传感器需放置一段时间；在进行光纤光栅粘贴前，由于在加工过程中各种因素导致其可能不平直再加上焊接过程中高温导致的金属件起拱变形，故应对此构件进行几次预张拉；然后用丙酮清洗金属薄片，再将光纤光栅拉直紧贴在金属薄片上，点上少许高温固化胶粘剂，待胶水干了后再松手；放置15分钟后，用J133胶水均匀涂抹到金属薄片上，保护好与金属薄片相接处的所有光纤，光纤光栅粘贴结束后封闭金属封装盒；然后用柔性防水胶填充所有缝隙，再用原子灰抹平空隙部位，刮平打磨好后用耐久性能好的自喷漆喷涂，光缆通过预留出的封装头做铠装。

本实用新型结构简单新颖、应变测试精度高、能满足结构长期裂缝监测。使用时将传感器的金属支座和封装盒固定到被测物体上，当被测表面监测到裂缝时，传感器和被测物体同时变形，通过金属滚轴将被测裂缝转换成可测量的光纤光栅波长，从而得到光纤光栅中心波长变化和被测裂缝的关系，有效地监测结构表面裂缝大小，利用监测结果可以有效评估大型土木结构和设施的服役安全状态。

Claims (5)

1、一种滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其特征在于该裂缝传感器包括有一封装盒(6)，盒内设有以支承轴(8)为支承的同心不同直径的金属滚轴(2)，该金属滚轴与支承轴(8)的结合处设有轴承(3)，金属滚轴的不同直径外圆处分别与金属探杆(4)和粘贴有光纤光栅的微细金属件(1)刚性连接，金属探杆(4)穿越封装盒(6)向外延伸，延伸端支承在可滑移固定的金属支座(5)上，粘贴有光纤光栅的微细金属件(1)的另一端与封装盒(6)侧壁固定，其固定端为连接光纤光栅解调仪的铠装引出端(7)。

2、根据权利要求1所述的滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其特征在于所述的铠装引出端(7)外接铠装光缆沿线路设置保护盒。

3、根据权利要求1所述的滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其特征在于所述的微细金属件(1)可以是金属薄片或金属细丝。

4、根据权利要求1或2或3所述的滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其特征在于所述的封装盒(6)在金属探杆(4)穿越处缝隙内充填有柔性防水胶。

5、根据权利要求4所述的滚轴式光纤光栅裂缝传感器，其特征在于所述的封装盒(6)整体以原子灰涂抹磨平，并以喷漆喷饰。