專利名稱：一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于傳感技術領域，涉及一種基于光纖光柵技術的測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器。
背景技術：
目前測量管道環(huán)向應變的方法通常是使用電阻應變計。但是這種方法只能測量應變計所在位置的局部應變，測量范圍小，不能反映整個管道環(huán)向變形情況，而且電阻應變計靈敏度低、易受電磁信號干擾、長期穩(wěn)定性差、壽命短，所以需要開發(fā)一種能夠克服上述缺點的測量管道環(huán)向應變的傳感器。光纖光柵自問世以來，已廣泛應用于光纖傳感領域。光纖光柵傳感器是用光纖光柵制成的一種新型傳感器，通過檢測寫入光纖內(nèi)部的光柵反射或透射布拉格波長光譜，實 現(xiàn)被測結(jié)構(gòu)的應力，應變和溫度量值的絕對測量。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、抗腐蝕、電絕緣、高靈敏度和低成本以及和普通光纖的良好的兼容性等優(yōu)點，所以近年來得到了廣泛的應用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是基于光纖光柵技術，提供一種測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器，這種應變箍傳感器可以和管道緊密結(jié)合，能夠測量整個管道截面的環(huán)向應變，靈敏度高，抗干擾性強，解決了現(xiàn)有的電阻應變計測量范圍小，易受外界電磁干擾，測量靈敏度不高，長期穩(wěn)定性差，壽命短等問題。這種測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器由金屬支座I、夾持件9、光纖光柵5、毛細鋼管3、毛細鋼管6以及封裝部件8組成。本實用新型所采用的技術方案是首先根據(jù)光纖光柵的工作原理可知，光纖光柵的波長變化Δ λ與應變ε f的關系式為式(I)Δ λ = Kf · ε f (I)該(I)式中Kf為光纖光柵應變傳感器靈敏度系數(shù)。對于纖芯是純石英的光纖情況，中心波長為1550nm附近的光纖光柵Kf等于I. 2pm/ μ ε。在應變測量方面，采用對光纖光柵進行兩端夾持的封裝方式，這種封裝方式可以通過調(diào)整兩端固定支點的距離d與兩端封裝部件之間光纖的長度df間的比值關系來改變傳感器的靈敏度系數(shù)。在傳感器結(jié)構(gòu)中，采用鋼管封裝，封裝部件的應變可以忽略，所以固定支點間的變形量幾乎全部加載在光纖上。在管道環(huán)向應變測量中，管道周長變化量Al = f: EpRdO = InRsv (2)對于應變箍傳感器，管道周長的變化量全部加載在長為df的光纖上，因此有
￡f=-T = —r^ (3)代入⑴式得到 ε =^~ (4)
^ df dfP InRKf[0011]對于中心波長處于1550nm左右波段的光纖光柵，傳感器的中心波長變化與外界
應變的關系如下式ερ=(5)
p IAnR式中ερ為管道環(huán)向應變，ef為光纖應變，Δ I為管道周長改變量。從上式可以看出，通過調(diào)整df的大小，可以改變光纖光柵應變箍傳感器的應變測量靈敏度。利用毛細鋼管能夠產(chǎn)生很大的彎曲變形的特性，將光纖光柵用毛細鋼管封裝，就可以將傳感器做成圓箍狀。通過增加毛細鋼管的長度，即減小df，可以提高傳感器應變測量靈敏度。將光纖光柵用毛細鋼管封裝后，緊箍在管道上，用金屬支座與夾持件把傳感器固定，然后使用環(huán)氧樹脂把傳感器粘在管道外壁，使管道的變形與傳感器的變形一致。其中金屬支座是特殊制作的，它與管道的接觸面弧直徑等于管道外徑，在支座中部切出半圓槽，毛細鋼管通過封裝部件嵌在半圓槽內(nèi)，并通過夾持件把封裝部件固定，半圓·槽底部與管道相切，用這種金屬支座能夠使傳感器與管道緊密接觸，而且避免了毛細鋼管發(fā)生較大的彎折，損壞傳感器。本實用新型的效果和益處是提供了一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器，它能夠測量整個管道截面的環(huán)向應變，具有較高的靈敏度，解決了電阻應變計測量范圍小，精度低，易受電磁干擾、長期穩(wěn)定性差等缺點。

圖I是光纖光柵應變箍傳感器的縱向剖面結(jié)構(gòu)圖。圖2(a)是光纖光柵應變箍傳感器的金屬支座斜視圖。圖2(b)是光纖光柵應變箍傳感器的金屬支座側(cè)視圖。圖3是光纖光柵應變箍傳感器的夾持件不意圖。圖I中1金屬支座；2 704膠；3直徑I. Omm鋼管；4環(huán)氧樹脂膠；5光纖光柵；6直O(jiān). 8mm鋼管；7光纖；8封裝部件；9夾持件。
具體實施方式
以下結(jié)合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施方式
。本實用新型的一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器封裝結(jié)構(gòu)的示意圖如圖I所示。這種應變箍傳感器由金屬支座I、夾持件9、光纖光柵5、毛細鋼管3、毛細鋼管6以及封裝部件8組成。通過金屬支座I與夾持件9將初步封裝的傳感器緊箍在管道外壁，做成應變箍傳感器，其中金屬支座I與管道的接觸面弧直徑等于管道外徑，能夠與管道緊密接觸。所述的光纖光柵應變箍傳感器制作封裝方法如下首先剝離光纖光柵5兩端的光纖7表面的涂敷層，使用光纖涂敷機對裸光纖光柵5部位涂敷一層704膠，待固化后將光纖光柵置于鋼管6中，使用精密光纖調(diào)整架調(diào)整其位置，使其處于中央部位，接著灌入按一定比例配置好的環(huán)氧樹脂膠4，待膠固化后將端部均勻涂滿704膠2的毛細鋼管6置于毛細鋼管3內(nèi)，6伸出3外一部分，待膠固化，然后將毛細鋼管6兩末端套入封裝部件8內(nèi)，灌入環(huán)氧樹脂膠粘接毛細鋼管6與封裝部件8，待環(huán)氧樹脂膠固化后，即完成初步封裝。使用時，將傳感器箍在管道外壁，用金屬支座I與夾持件9固定封裝部件8，然后用環(huán)氧樹脂膠將傳感器與管道粘在 一起。
權利要求1.一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器，其特征是光纖光柵用毛細鋼管封裝；將光纖光柵用毛細鋼管封裝后，緊箍在管道上，用金屬支座(I)與夾持件(9)把傳感器固定；然后使用環(huán)氧樹脂把傳感器粘在管道外壁。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器，其特征是金屬支座(I)與管道接觸面圓弧直徑與管道外徑相同，金屬支座(I)底部有半圓槽，半圓槽軸線與管道外壁相切，毛細鋼管(3)通過封裝部件(8)嵌在半圓槽內(nèi)，并通過夾持件(9)固定住。
專利摘要一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器，屬于傳感技術領域。其特征是采用雙層毛細鋼管封裝，通過金屬支座與夾持件將毛細鋼管封裝的傳感器緊箍在管道上，并通過環(huán)氧樹脂把毛細鋼管粘在管道外壁。金屬支座與管道接觸面的弧直徑等于管道的外徑，這樣金屬支座就能與管道緊密接觸。傳感器的測量靈敏度可以根據(jù)實際需求通過改變傳感器元件的尺寸進行調(diào)整。本實用新型的效果和益處是提供了一種用于測量管道環(huán)向應變的應變箍傳感器，它能夠測量整個管道截面的環(huán)向應變，具有較高的靈敏度，克服了電阻應變計測量范圍小，精度低，易受電磁干擾、長期穩(wěn)定性差等缺點。
文檔編號G01B11/16GK202709997SQ20122013283
公開日2013年1月30日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者任亮, 姜濤, 賈子光, 李宏男 申請人:大連理工大學