一種光纖光柵應(yīng)變傳感器及其安裝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖光柵應(yīng)變傳感器及其安裝方法，光纖光柵應(yīng)變傳感器由高彈性梁、支撐柱、擋片、安裝基底和光纖光柵構(gòu)成；在光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中，支撐柱和擋片為光纖光柵預(yù)加載拉應(yīng)變提供支撐力；光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝方法為：將安裝基底粘接或焊接在待測結(jié)構(gòu)表面，或者將高彈性梁之內(nèi)、光纖光柵兩端的光纖粘接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片；本發(fā)明公開的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)和安裝方法，通過支撐柱和擋片為光纖光柵預(yù)加載拉應(yīng)變提供支撐力，對結(jié)構(gòu)的材料一致性和加工精度要求低；通過去除擋片，使光纖光柵應(yīng)變傳感器具有良好的應(yīng)變靈敏度和靈敏度一致性。
【專利說明】一種光纖光柵應(yīng)變傳感器及其安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光纖光柵應(yīng)變傳感器及其安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖光柵應(yīng)變傳感器利用光纖光柵反射譜中心波長和光纖光柵所受應(yīng)變之間的線性關(guān)系來進行測量，具有抗電磁干擾、體積小、測量距離遠、信號易傳輸、易復(fù)用、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，成為結(jié)構(gòu)測試和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要手段。
[0003]光纖光柵存在易受拉應(yīng)變、不易被施加壓應(yīng)變，以及柵區(qū)在不均勻應(yīng)變作用下反射譜易產(chǎn)生啁啾的問題；當(dāng)光纖光柵封裝成應(yīng)變傳感器時，需要針對拉/壓應(yīng)變測量、防反射譜啁啾等進行針對性的結(jié)構(gòu)和安裝方法設(shè)計。
[0004]現(xiàn)有的一種可同時測量拉/壓應(yīng)變的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)和安裝方法如專利“W02009106576A1,Method and Means for Monitoring A Bragg Fibre on a Surface”所示，直接在光纖光柵的柵區(qū)涂覆高彈性模量的Polymide或0RM0CER材料作為應(yīng)變傳感器；通過如圖1所示的安裝工具在光纖光柵和待測結(jié)構(gòu)之間形成均勻的粘接層，將光纖光柵的柵區(qū)緊密粘接在待測結(jié)構(gòu)表面來實現(xiàn)拉/壓應(yīng)變的測量。這種測量拉/壓應(yīng)變的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)和安裝方法，依賴于光纖光柵和待測結(jié)構(gòu)之間的粘接膠層的均勻性，膠層厚度不均勻、氣泡等會造成光纖光柵應(yīng)變不均勻，從而導(dǎo)致光纖光柵的反射譜發(fā)生啁啾，影響光纖光柵應(yīng)變傳感器的精確測量。圖1中:光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝夾具1，第一個腔2，第二個腔3，光纖槽4，光纖槽5，夾持區(qū)6，夾持區(qū)7，光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝夾具的縱軸11。
[0005]現(xiàn)有的可同時測量拉/壓應(yīng)變、且可以避免反射譜啁啾的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)和安裝方法，僅固定光纖光柵兩端和待測結(jié)構(gòu)，通過對光纖光柵預(yù)加載拉應(yīng)變來實現(xiàn)拉/壓應(yīng)變的同時測量。當(dāng)采用預(yù)加載拉應(yīng)變的光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)時，封裝結(jié)構(gòu)本身對光纖光柵產(chǎn)生加固作用，從而導(dǎo)致光纖光柵應(yīng)變傳感器的靈敏度降低和靈敏度一致性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，該光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、對結(jié)構(gòu)的材料一致性和加工精度要求低，且使光纖光柵應(yīng)變傳感器具有高的應(yīng)變靈敏度和靈敏度一致性。
[0007]本發(fā)明的另外一個目的在于提供一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法。
[0008]本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0009]一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，包括高彈性梁、支撐柱、安裝基底、擋片和光纖光柵，其中第一高彈性梁、第一支撐柱、第二高彈性梁和第二支撐柱依次連接形成方框結(jié)構(gòu)；第一安裝基底與第一高彈性梁連接，第二安裝基底與第二高彈性梁連接，且第一安裝基底與第二安裝基底均位于方框結(jié)構(gòu)的外側(cè)并與方框結(jié)構(gòu)共平面；光纖光柵與安裝基底固定連接，第一支撐柱或第二支撐柱上留有開口，在光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中和安裝使用之前，擋片安裝在第一支撐柱或第二支撐柱的開口處，保證開口尺寸在光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中和安裝使用之前保持不變。
[0010]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器中，擋片為金屬片或金屬絲，或者為熱熔化或化學(xué)溶液去除的粘接膠。
[0011]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器中，粘接膠為丙酮溶液去除的氰基丙烯酸酯。
[0012]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器中，第一高彈性梁、第二高彈性梁、第一支撐柱和第二支撐柱形成的方框結(jié)構(gòu)的四個角為圓角或直角。
[0013]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器中，光纖光柵粘接在安裝基底的底部。
[0014]光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，包括如下步驟:
[0015]將安裝基底用高彈性模量粘接膠粘接或焊接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片，所述高彈性模量粘接膠的彈性模量大于500MPa。
[0016]光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，包括如下步驟:
[0017]將光纖光柵位于方框結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩端用高彈性模量粘接膠粘接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片、安裝基底和方框結(jié)構(gòu)，所述高彈性模量粘接膠的彈性模量大于500MPa。
[0018]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法中，高彈性模量粘接膠為環(huán)氧樹脂或聚氨酯。
[0019]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法中，擋片為金屬片或金屬絲，或者為熱熔化或化學(xué)溶液去除的粘接膠，所述粘接膠為丙酮溶液去除的氰基丙烯酸酯。
[0020]在上述光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法中，去除擋片的方法為，若擋片為金屬片或金屬絲，通過施加拉力將擋片從第一支撐柱或第二支撐柱的開口中去除；若擋片為粘接膠，采用加熱熔化或丙酮溶解去除。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0022](1)、本發(fā)明對光纖光柵應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新設(shè)計，采用高彈性梁、支撐柱、安裝基底、擋片和光纖光柵的結(jié)構(gòu)，通過支撐柱和擋片為光纖光柵預(yù)加載應(yīng)變提供支撐力，對結(jié)構(gòu)的材料一致性和加工精度要求低；
[0023](2)、本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器通過去除擋片，光纖光柵應(yīng)變傳感器的軸向強度降低，使光纖光柵應(yīng)變傳感器具有高的應(yīng)變靈敏度和靈敏度一致性；
[0024](3)、本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器中對于金屬擋片，通過施加拉力將擋片從支撐柱開口中去除；對于臨時粘接膠，采用加熱或丙酮溶解去除，可以根據(jù)不同的需要進行選擇，靈活性高；
[0025](4)、本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，且安裝過程簡單，可以采用安裝整體傳感器結(jié)構(gòu)或者僅安裝光纖光柵，根據(jù)不同需要選擇，靈活性高、實用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有的直接粘接光纖光柵柵區(qū)和待測結(jié)構(gòu)表面的光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝方法示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器在封裝過程中和安裝使用之前結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝在待測結(jié)構(gòu)后的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0030]如圖2所示為本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器在封裝過程中和安裝使用之前結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器包括第一高彈性梁14a、第二高彈性梁14b、第一支撐柱15a、第二支撐柱15b、第一安裝基底17a、第二安裝基底17b，擋片16和光纖光柵13，其中第一高彈性梁14a、第一支撐柱15a、第二高彈性梁14b和第二支撐柱15b依次連接形成方框結(jié)構(gòu)，形成的方框結(jié)構(gòu)的四個角可以為圓角或直角。
[0031]第一安裝基底17a與第一高彈性梁14a連接，第二安裝基底17b與第二高彈性梁14b連接，且第一安裝基底17a與第二安裝基底17b均位于方框結(jié)構(gòu)的外側(cè)并與方框結(jié)構(gòu)共平面。
[0032]光纖光柵13粘接在安裝基底17a、17b的底部，第一支撐柱15a或第二支撐柱15b上留有開口，本實施例中在第一支撐柱15a上留有開口，光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中和安裝使用之前，擋片16安裝在第一支撐柱15a開口處。本發(fā)明中第一支撐柱15a、第二支撐柱15b和擋片16為光纖光柵13預(yù)加載拉應(yīng)變加載提供支撐力，保證開口尺寸在光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中和安裝使用之前保持不變。擋片16為金屬片或金屬絲，或者為熱熔化或化學(xué)溶液去除的粘接膠，例如粘接膠為丙酮溶液去除的氰基丙烯酸酯。
[0033]本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法有兩種，其中一種方法為:
[0034]將安裝基底17a、17b用高彈性模量粘接膠粘接或焊接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片16，高彈性模量粘接膠的彈性模量大于500MPa，例如高彈性模量粘接膠為環(huán)氧樹脂或聚氨酯。
[0035]另一中方法為:
[0036]將光纖光柵13位于方框結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩端18a、18b用高彈性模量粘接膠粘接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片16、安裝基底17a、17b和方框結(jié)構(gòu)。高彈性模量粘接膠的彈性模量大于500MPa，例如高彈性模量粘接膠為環(huán)氧樹脂或聚氨酯。如圖3所示為本發(fā)明光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝在待測結(jié)構(gòu)后的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3中給出了拆除擋片16的圖示。
[0037]擋片16為金屬片或金屬絲，或者為熱熔化或化學(xué)溶液去除的粘接膠，例如粘接膠為丙酮溶液去除的氰基丙烯酸酯。
[0038]上述去除擋片16的方法為:若擋片16為金屬片或金屬絲，通過施加拉力將擋片16從第一支撐柱15a開口中去除；若擋片16為粘接膠，采用加熱熔化或丙酮溶解去除。去除擋片16后，光纖光柵應(yīng)變傳感器的軸向強度降低，獲得良好的應(yīng)變靈敏度和靈敏度一致性。
[0039]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0040]本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于:包括高彈性梁(14a、14b)、支撐柱(15a、15b)、安裝基底(17a、17b)、擋片(16)和光纖光柵(13)，其中第一高彈性梁(14a)、第一支撐柱(15a)、第二高彈性梁(14b)和第二支撐柱(15b)依次連接形成方框結(jié)構(gòu)；第一安裝基底(17a)與第一高彈性梁(14a)連接，第二安裝基底(17b)與第二高彈性梁(14b)連接，且第一安裝基底(17a)與第二安裝基底(17b)均位于方框結(jié)構(gòu)的外側(cè)并與方框結(jié)構(gòu)共平面；光纖光柵(13)與安裝基底(17a、17b)固定連接，第一支撐柱(15a)或第二支撐柱(15b)上留有開口，在光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中和安裝使用之前，擋片(16)安裝在第一支撐柱(15a)或第二支撐柱(15b)的開口處，保證開口尺寸在光纖光柵應(yīng)變傳感器封裝過程中和安裝使用之前保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于:所述擋片(16)為金屬片或金屬絲，或者為熱熔化或化學(xué)溶液去除的粘接膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于:所述粘接膠為丙酮溶液去除的氰基丙烯酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于:所述第一高彈性梁(14a)、第二高彈性梁(14b)、第一支撐柱(15a)和第二支撐柱(15b)形成的方框結(jié)構(gòu)的四個角為圓角或直角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于:所述光纖光柵(13)粘接在安裝基底(17a、17b)的底部。
6.權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，其特征在于包括如下步驟:將安裝基底(17a、17b)用高彈性模量粘接膠粘接或焊接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片(16)，所述高彈性模量粘接膠的彈性模量大于500MPa。
7.權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，其特征在于包括如下步驟:將光纖光柵(13)位于方框結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩端(18a、18b)用高彈性模量粘接膠粘接在待測結(jié)構(gòu)表面，然后去除擋片(16)、安裝基底(17a、17b)和方框結(jié)構(gòu)，所述高彈性模量粘接膠的彈性模量大于500MPa。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，其特征在于:所述高彈性模量粘接膠為環(huán)氧樹脂或聚氨酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，其特征在于:所述擋片(16)為金屬片或金屬絲，或者為熱熔化或化學(xué)溶液去除的粘接膠，所述粘接膠為丙酮溶液去除的氰基丙烯酸酯。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的安裝方法，其特征在于:所述去除擋片(16)的方法為，若擋片(16)為金屬片或金屬絲，通過施加拉力將擋片(16)從第一支撐柱(15a)或第二支撐柱(15b)的開口中去除；若擋片(16)為粘接膠，采用加熱熔化或丙酮溶解去除。
【文檔編號】G01B11/16GK103673914SQ201310685222
【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】唐才杰, 崔留住, 王學(xué)鋒 申請人:北京航天時代光電科技有限公司