一種新型光纖應(yīng)變傳感器及安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型光纖應(yīng)變傳感器及安裝方法,其中傳感器，包括支撐墊片、光纖固定片、預(yù)拉栓及光纖光柵；所述支撐墊片，用于光纖固定片與測試樣品的連接和固定；所述光纖固定片，用于固定光纖光柵的兩端；所述預(yù)拉栓與光纖固定片相連接，用于繃緊光纖光柵到預(yù)定反射波長點；所述光纖光柵，用于應(yīng)變傳感。采用上述方案，支撐墊片與光纖固定片之間，光纖固定片與預(yù)拉栓之間采用剛性螺絲緊固，除支撐墊片外，其他部分拆卸下來予以更換或者進行應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定或者校準(zhǔn)。
【專利說明】一種新型光纖應(yīng)變傳感器及安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種新型光纖應(yīng)變傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖應(yīng)變傳感器是最近幾年出現(xiàn)的光纖傳感新技術(shù)，當(dāng)前的研究熱點集中在光纖光柵型應(yīng)變傳感器。光纖光柵型傳感器利用光纖材料的紫外光敏性，在纖芯內(nèi)部形成空間相位光柵，這樣具有一定頻譜寬度的光信號經(jīng)過光纖光柵后，特定波長的光沿原路反射回來，其余波長的光信號則直接透射出去；在溫度一定的情況下，波長漂移量和光纖所受的應(yīng)力成線性關(guān)系。通過檢測光纖光柵一端耦合出來的波長的偏移量，就可以確定光纖所受到的應(yīng)變信息。
[0003]光纖應(yīng)變傳感器對電磁干擾不敏感，最重要的就是它的傳感信號為波長調(diào)制。這一傳感機制的好處在于:測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和測量儀器老化等因素影響；避免了一般干涉型傳感器中相位測量的不清晰和對固定參考點的需要，能實現(xiàn)長期絕對測量；能方便地使用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中串接多個布拉格光柵，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度等進行高分辨率和大范圍的分布式測量。光纖應(yīng)變傳感器以其優(yōu)異的精巧性、靈敏性、可組網(wǎng)性，成為大型工程項目結(jié)構(gòu)中長期、健康監(jiān)測的最佳選擇。
[0004]光纖應(yīng)變傳感器已經(jīng)在國家的許多大型項目得到了廣泛的應(yīng)用。如美國、日本等技術(shù)先進國家，已將光纖應(yīng)變傳感器應(yīng)用于先進作戰(zhàn)飛機和宇宙飛船，使得飛行器的安全性大為提高，各種戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能提高顯著。這種帶有“感覺”甚至是“智能”的結(jié)構(gòu)和蒙皮還可以應(yīng)用到其他武器平臺，以增強其作戰(zhàn)能力，還可以推廣應(yīng)用到橋梁、大壩和井下油氣應(yīng)用以及海航空運等領(lǐng)域，提高其安全性和對環(huán)境的適應(yīng)能力。
[0005]申請專利號為“ 200710001891.2 ”的發(fā)明專利“光纖基計量器”、申請專利號為“201220206601.4”的實用新型專利“光纖應(yīng)變傳感器”、申請專利號為“02260596.7”的實用
新型專利“新型光纖應(yīng)變傳感器”中所述的光纖應(yīng)變傳感器采用薄金屬墊片作為載體，將光纖光柵固定于金屬載體兩端，然后將金屬載體點焊于測試樣品上，當(dāng)測試樣品在軸向受到拉力或者壓力時，會產(chǎn)生軸向應(yīng)變，拉力或者壓力通過焊點作用于金屬墊片上，使得金屬墊片產(chǎn)生應(yīng)變，繼而再通過光纖光柵固定點傳遞到光纖光柵上最終在光纖光柵上產(chǎn)生應(yīng)變，從而導(dǎo)致反射波長的變化。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型光纖應(yīng)變傳感器及安裝方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種新型光纖應(yīng)變傳感器，其中，包括支撐墊片、光纖固定片、預(yù)拉栓及光纖光柵；所述支撐墊片，用于光纖固定片與測試樣品的連接和固定；所述光纖固定片，用于固定光纖光柵的兩端；所述預(yù)拉栓與光纖固定片相連接，用于繃緊光纖光柵到預(yù)定反射波長點；所述光纖光柵，用于應(yīng)變傳感。
[0010]所述的傳感器，其中，所述支撐墊片為凹型結(jié)構(gòu)，底部為方形，兩側(cè)有多個螺孔，用于光纖固定片和預(yù)拉栓的連接固定。
[0011]所述的傳感器，其中，所述光纖固定片，中間開有多條V字型凹槽，用于粘貼光纖，所述光纖固定片四角處有螺孔，用于與支撐墊片的連接固定；所述光纖固定片的兩側(cè)設(shè)有螺孔，用于固定在支撐墊片上。
[0012]所述的傳感器，其中，所述預(yù)拉栓底部為倒凹形，兩邊設(shè)有螺孔，用于與支撐墊片的固定連接，所述預(yù)拉栓頂部設(shè)有穿孔，所述穿孔設(shè)有螺紋，用于在旋轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動下，長柄螺栓帶動光纖固定片沿支撐墊片凹槽滑動。
[0013]所述的傳感器，其中，所述支撐墊片與測試樣品采用電焊或者錫焊連接；所述光纖固定片與所述光纖光柵用大于石英晶體楊氏模量的有機膠連接；所述預(yù)拉栓與所述光纖固定片采用螺絲緊固。
[0014]所述的傳感器，其中，所述有機膠為環(huán)氧樹脂或者氰基丙烯酸鹽粘合劑。
[0015]所述的傳感器，其中，所述支撐墊片、所述光纖固定片及所述預(yù)拉栓均為金屬材質(zhì)。
[0016]所述的傳感器，其中，所述預(yù)拉栓在光纖應(yīng)變載體固定在測試樣品后，可以從金屬墊片上拆卸，在工作時，所述光纖固定片僅與預(yù)拉緊的光纖光柵相連接。
[0017]一種新型光纖應(yīng)變傳感器的安裝方法，其中，包括以下步驟:
[0018]步驟1:將預(yù)拉栓安裝在支撐墊片上，然后旋轉(zhuǎn)預(yù)拉栓上的旋轉(zhuǎn)輪，旋轉(zhuǎn)輪帶動長柄螺栓以及光纖固定片沿支撐墊片凹槽滑動，使光纖光柵產(chǎn)生預(yù)拉伸到達光纖光柵的初始工作波長處，保證光纖固定片緊密接觸而無相對移動；
[0019]步驟2:將光纖固定片的螺絲擰緊，并將支撐墊片與測試樣品固定連接，完成光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝。
[0020]所述的安裝方法，其中，所述支撐墊片與測試樣品固定連接的方式為有機膠粘劑連接、螺釘連接或者電焊機焊接。
[0021]采用上述方案，1、采用了分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計了光纖應(yīng)變傳感器，兩個光纖固定片在工作時只有光纖光柵與之相連接，光纖固定片只是作為壓力或者拉力的著力點，且壓力或者拉力來自支撐墊片，而非依靠本身應(yīng)變對光纖光柵施加壓力或者拉力；2、本發(fā)明中支撐墊片與光纖固定片之間，光纖固定片與預(yù)拉栓之間采用剛性螺絲緊固，除支撐墊片外，其他部分拆卸下來予以更換或者進行應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定或者校準(zhǔn)；3、本發(fā)明也可以提前在實驗室標(biāo)定后，用于現(xiàn)場對其他類型的光纖應(yīng)變傳感器進行現(xiàn)場應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定和校準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。[0024]實施例1
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型光纖應(yīng)變傳感器的設(shè)計，未進行貼裝前，光纖應(yīng)變傳感器作為一個整體，通過預(yù)拉栓剛性的連接在一起，貼裝后，預(yù)拉栓能夠從光纖固定片上拆卸，此時兩個光纖固定片只有預(yù)拉緊的光纖光柵與之相連。傳感器工作時，其應(yīng)變直接傳遞到光纖光柵上，而光纖固定片只是作為壓力或者拉力的著力點，且壓力或者拉力來自支撐墊片，而非依靠本身應(yīng)變對光纖光柵施加壓力或者拉力，其本身的應(yīng)變很小，尤其是測試樣品的楊氏模量小于金屬載體時，光纖固定片的應(yīng)變更是微乎其微。這與傳統(tǒng)的光纖應(yīng)變傳感器通過金屬載體(本發(fā)明中的光纖固定片)自身的應(yīng)變拉伸來改變光纖光柵應(yīng)變狀態(tài)的工作原理截止不同。本發(fā)明可以在測試樣品上比較簡單、快速地安裝和拆卸，應(yīng)變能夠穩(wěn)定有效地通過光纖固定片且不會降低光纖應(yīng)變傳感器的應(yīng)變傳遞效率。
[0026]本發(fā)明從結(jié)構(gòu)上主要分為三個層次，從低到高分別是支撐墊片、光纖固定片和預(yù)拉栓。其中，支撐墊片包括101、102兩部分，光纖固定片包括201、202、203三部分，預(yù)拉栓包括301、302、303、304、305五部分組成。支撐墊片用于光纖固定片與測試樣品的連接和固定，采用金屬材質(zhì)設(shè)計，“凹”型結(jié)構(gòu)，其中底部為方形設(shè)計，兩側(cè)有多個螺孔，用于光纖固定片201、203和預(yù)拉栓301、303、304的連接固定；光纖固定片，采用金屬材質(zhì)設(shè)計，用于固定光纖光柵204的兩端，中間可開有多條V字型凹槽,用于粘貼光纖，光纖固定片201四角處有螺孔，用于與支撐墊片101的連接固定。光纖固定片203兩側(cè)有螺孔，可以固定在支撐墊片102上，用于卡住光纖固定片202，折疊突起采用凹字形設(shè)計，中間凹陷處為光纖預(yù)留通過口。預(yù)拉栓采用剛性金屬材質(zhì)設(shè)計，其中301、303、304，底部為倒“凹”設(shè)計，兩邊有螺孔，用于與支撐墊片101、102的固定連接。頂部有穿孔，其中303穿孔有螺紋，在旋轉(zhuǎn)輪305的轉(zhuǎn)動下，長柄螺栓302可以帶動202沿支撐墊片凹槽滑動。預(yù)拉栓的作用，其一是將光纖傳感器連為一個整體，便于安裝，其二用于繃緊光纖光柵到預(yù)定反射波長點。
[0027]上述中，所述支撐墊片與測試樣品采用電焊或者錫焊連接；所述光纖固定片與所述光纖光柵用大于石英晶體楊氏模量的有機膠連接；所述預(yù)拉栓與所述光纖固定片采用螺絲緊固。所述有機膠為環(huán)氧樹脂或者氰基丙烯酸鹽粘合劑。
[0028]所述支撐墊片、所述光纖固定片及所述預(yù)拉栓均為金屬材質(zhì)。
[0029]所述預(yù)拉栓在光纖應(yīng)變載體固定測試樣品后，設(shè)置從光纖固定片上拆卸，并設(shè)置在工作時，所述光纖固定片僅與預(yù)拉緊的光纖光柵相連接。
[0030]本發(fā)明測試樣品與支撐墊片之間根據(jù)測試樣品的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、禁忌等不同，亦采用電焊或者錫焊或者環(huán)氧化物等方式連接，但必須保證連接穩(wěn)固、連接物的楊氏模量大于光纖光柵的楊氏模量。支撐墊片與光纖固定片之間，光纖固定片與預(yù)拉栓之間采用剛性螺絲緊固。光纖固定片與光纖光柵之間采用高楊氏模量的環(huán)氧化物連接，當(dāng)然，也不僅限于此類有機化合物。
[0031]本發(fā)明的整體技術(shù)效果體現(xiàn)在以下三個方面:
[0032](一)本發(fā)明采用了分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計了光纖應(yīng)變傳感器，兩個光纖固定片在工作時只有光纖光柵與之相連接，光纖固定片只是作為壓力或者拉力的著力點，且壓力或者拉力來自支撐墊片，而非依靠本身應(yīng)變對光纖光柵施加壓力或者拉力；
[0033](二)本發(fā)明中支撐墊片與光纖固定片之間，光纖固定片與預(yù)拉栓之間采用剛性螺絲緊固，除支撐墊片外，其他部分拆卸下來予以更換或者進行應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定或者校準(zhǔn)；
[0034](三)本發(fā)明也可以提前在實驗室標(biāo)定后，用于現(xiàn)場對其他類型的光纖應(yīng)變傳感器進行現(xiàn)場應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定和校準(zhǔn)。
[0035]實施例2
[0036]在上述實施例的基礎(chǔ)上，進一步提供新型光纖應(yīng)變傳感器的安裝方法，如圖1所示，首先利用大楊氏模量的環(huán)氧樹脂有機膠粘劑將光纖光柵固定于光纖固定片201、202的V型凹槽處，然后在光纖光柵傳感器標(biāo)準(zhǔn)裝置上標(biāo)定該光纖光柵的應(yīng)變傳遞系數(shù)以及應(yīng)變與反射波長的線性函數(shù)關(guān)系，將標(biāo)定好的光纖光柵安裝在支撐墊片上，完成光纖光柵傳感器的實驗室標(biāo)校。在測試校準(zhǔn)現(xiàn)場，首先將預(yù)拉栓安裝在支撐墊片上，然后旋轉(zhuǎn)預(yù)拉栓上的旋轉(zhuǎn)輪305，旋轉(zhuǎn)輪帶動長柄螺栓302以及光纖固定片202沿支撐墊片凹槽滑動，使光纖光柵產(chǎn)生預(yù)拉伸到達光纖光柵的初始工作波長處，保證光纖固定片202、203緊密接觸而無相對移動，然后將光纖固定片203的螺絲擰緊，最后利用有機膠粘劑、螺釘或者電焊機將支撐墊片101、102與測試樣品固定連接，完成光纖光柵應(yīng)變傳感器的現(xiàn)場安裝。將光纖光柵204連接光波長計，通過檢測光波長計的波長，根據(jù)標(biāo)定好的應(yīng)變傳遞系數(shù)得到測試樣品的應(yīng)變和應(yīng)變變換量。
[0037]實施例3
[0038]在上述實施例的基礎(chǔ)上，進一步說明本發(fā)明中傳感器，其中，包括支撐墊片、光纖固定片、預(yù)拉栓及光纖光柵；所述支撐墊片，用于光纖固定片與測試樣品的連接和固定；所述光纖固定片，用于固定光纖光柵的兩端；所述預(yù)拉栓與光纖固定片相連接，用于繃緊光纖光柵到預(yù)定反射波長點；所述光纖光柵，用于應(yīng)變傳感。
[0039]所述支撐墊片為凹型結(jié)構(gòu)，底部為方形，兩側(cè)有多個螺孔，用于光纖固定片和預(yù)拉栓的連接固定。
[0040]所述光纖固定片，中間開有多條V字型凹槽，用于粘貼光纖，所述光纖固定片四角處有螺孔，用于與支撐墊片的連接固定；所述光纖固定片的兩側(cè)設(shè)有螺孔，用于固定在支撐墊片上。
[0041]所述預(yù)拉栓底部為倒凹形，兩邊設(shè)有螺孔，用于與支撐墊片的固定連接，所述預(yù)拉栓頂部設(shè)有穿孔，所述穿孔設(shè)有螺紋，用于在旋轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動下，長柄螺栓帶動光纖固定片沿支撐墊片凹槽滑動。
[0042]所述支撐墊片與測試樣品采用電焊或者錫焊連接；所述光纖固定片與所述光纖光柵用大于石英晶體楊氏模量的有機膠連接；所述預(yù)拉栓與所述光纖固定片采用螺絲緊固。
[0043]所述有機膠為環(huán)氧樹脂或者氰基丙烯酸鹽粘合劑。
[0044]所述支撐墊片、所述光纖固定片及所述預(yù)拉栓均為金屬材質(zhì)。
[0045]所述預(yù)拉栓在光纖應(yīng)變載體固定在測試樣品后，可以從金屬墊片上拆卸，在工作時，所述光纖固定片僅與預(yù)拉緊的光纖光柵相連接。
[0046]本發(fā)明中的一種新型光纖應(yīng)變傳感器的安裝方法，其中，包括以下步驟:
[0047]步驟1:將預(yù)拉栓安裝在支撐墊片上，然后旋轉(zhuǎn)預(yù)拉栓上的旋轉(zhuǎn)輪，旋轉(zhuǎn)輪帶動長柄螺栓以及光纖固定片沿支撐墊片凹槽滑動，使光纖光柵產(chǎn)生預(yù)拉伸到達光纖光柵的初始工作波長處，保證光纖固定片緊密接觸而無相對移動；
[0048]步驟2:將光纖固定片的螺絲擰緊，并將支撐墊片與測試樣品固定連接，完成光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝。
[0049]所述支撐墊片與測試樣品固定連接的方式為有機膠粘劑連接、螺釘連接或者電焊機焊接。
[0050]采用上述方案，1、采用了分離式結(jié)構(gòu)設(shè)計了光纖應(yīng)變傳感器，兩個光纖固定片在工作時只有光纖光柵與之相連接，光纖固定片只是作為壓力或者拉力的著力點，且壓力或者拉力來自支撐墊片，而非依靠本身應(yīng)變對光纖光柵施加壓力或者拉力；2、本發(fā)明中支撐墊片與光纖固定片之間，光纖固定片與預(yù)拉栓之間采用剛性螺絲緊固，除支撐墊片外，其他部分拆卸下來予以更換或者進行應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定或者校準(zhǔn)；3、本發(fā)明也可以提前在實驗室標(biāo)定后，用于現(xiàn)場對其他類型的光纖應(yīng)變傳感器進行現(xiàn)場應(yīng)變傳感系數(shù)的標(biāo)定和校準(zhǔn)。
[0051]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種新型光纖應(yīng)變傳感器，其特征在于，包括支撐墊片、光纖固定片、預(yù)拉栓及光纖光柵；所述支撐墊片，用于光纖固定片與測試樣品的連接和固定；所述光纖固定片，用于固定光纖光柵的兩端；所述預(yù)拉栓與光纖固定片相連接，用于繃緊光纖光柵到預(yù)定反射波長點；所述光纖光柵，用于應(yīng)變傳感。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述支撐墊片為凹型結(jié)構(gòu)，底部為方形，兩側(cè)有多個螺孔，用于光纖固定片和預(yù)拉栓的連接固定。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述光纖固定片，中間開有多條V字型凹槽，用于粘貼光纖，所述光纖固定片四角處有螺孔，用于與支撐墊片的連接固定；所述光纖固定片的兩側(cè)設(shè)有螺孔，用于固定在支撐墊片上。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述預(yù)拉栓底部為倒凹形，兩邊設(shè)有螺孔，用于與支撐墊片的固定連接，所述預(yù)拉栓頂部設(shè)有穿孔，所述穿孔設(shè)有螺紋，用于在旋轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動下，長柄螺栓帶動光纖固定片沿支撐墊片凹槽滑動。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述支撐墊片與測試樣品采用電焊或者錫焊連接；所述光纖固定片與所述光纖光柵用大于石英晶體楊氏模量的有機膠連接；所述預(yù)拉栓與所述光纖固定片采用螺絲緊固。
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，所述有機膠為環(huán)氧樹脂或者氰基丙烯酸鹽粘合劑。
7.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述支撐墊片、所述光纖固定片及所述預(yù)拉栓均為金屬材質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述預(yù)拉栓在光纖應(yīng)變載體固定在測試樣品后，可以從金屬墊片上拆卸，在工作時，所述光纖固定片僅與預(yù)拉緊的光纖光柵相連接。
9.如權(quán)利要求1所述的傳感器的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1:將預(yù)拉栓安裝在支撐墊片上，然后旋轉(zhuǎn)預(yù)拉栓上的旋轉(zhuǎn)輪，旋轉(zhuǎn)輪帶動長柄螺栓以及光纖固定片沿支撐墊片凹槽滑動，使光纖光柵產(chǎn)生預(yù)拉伸到達光纖光柵的初始工作波長處，保證光纖固定片緊密接觸而無相對移動；步驟2:將光纖固定片的螺絲擰緊，并將支撐墊片與測試樣品固定連接，完成光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝。
10.如權(quán)利要求9所述的安裝方法，其特征在于，所述支撐墊片與測試樣品固定連接的方式為有機膠粘劑連接、螺釘連接或者電焊機焊接。
【文檔編號】G01B11/16GK103673913SQ201310681633
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】鄭光金, 韓正英, 紀(jì)保平, 郭裕聰 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所