一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器的制造方法
【專利摘要】一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器，包括底座、兩根毛細(xì)鋼管、兩個(gè)光纖光柵、兩塊豎直支撐板、一塊水平支撐板；所述底座為長(zhǎng)方形板體結(jié)構(gòu)，在底座頂面通過旋轉(zhuǎn)連接軸與豎直支撐板連接，在兩塊豎直支撐板之間上下平行固接兩根毛細(xì)鋼管，兩根毛細(xì)鋼管呈水平平行狀態(tài)并與豎直支撐板垂直固接，在兩根毛細(xì)鋼管之間設(shè)有一塊水平支撐板，水平支撐板呈水平狀態(tài)并且兩端通過旋轉(zhuǎn)連接軸與兩塊豎直支撐板活動(dòng)連接；在每根毛細(xì)鋼管內(nèi)部通過施加預(yù)應(yīng)力后剛性封裝光纖光柵；所述底座與水平支撐板平行，在底座上開設(shè)螺孔。本發(fā)明可解決溫度應(yīng)變交叉敏感問題，可改變測(cè)量靈敏度，可實(shí)現(xiàn)待測(cè)試件的大應(yīng)變測(cè)量。
【專利說明】一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器，尤其是一種可以消除溫度影響和應(yīng)變交 叉敏感的光纖光柵應(yīng)變傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖光柵傳感器具有質(zhì)輕、抗電磁干擾能力強(qiáng)、抗腐蝕、耐高溫、信號(hào)衰減小、便于 組成復(fù)用網(wǎng)絡(luò)、集傳感與信息傳輸與一體等優(yōu)點(diǎn)，能解決常規(guī)檢測(cè)技術(shù)難以解決的測(cè)量問 題，滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的高精度、遠(yuǎn)距離、準(zhǔn)分布式和長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、在線的技術(shù)要求。
[0003]目前，應(yīng)變監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)橋梁、大壩等大型工程以及大型鋼鐵結(jié)構(gòu)件健康、安全的重 要手段。近年來，基于光纖光柵的應(yīng)變傳感器發(fā)展迅速，對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝有效提高了傳 感器的性能，同時(shí)對(duì)光纖光柵實(shí)現(xiàn)了有效的保護(hù)。
[0004] 在光纖光柵傳感領(lǐng)域，應(yīng)變、溫度是兩個(gè)能夠直接導(dǎo)致光纖光柵中心波長(zhǎng)變化的 物理量，即光纖光柵對(duì)溫度和應(yīng)變交叉敏感。由于光纖光柵對(duì)溫度和應(yīng)變的交叉敏感，在測(cè) 量應(yīng)變時(shí)，溫度的影響很難消除，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用，而目前的光纖光柵傳感器均無法 很好的解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種可消除溫度應(yīng)變交叉敏感、靈敏度可調(diào)、測(cè)量范圍大的 溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述傳感器包括底座、兩根毛細(xì) 鋼管、兩個(gè)光纖光柵、兩塊堅(jiān)直支撐板、一塊水平支撐板；所述底座為長(zhǎng)方形板體結(jié)構(gòu)，在底 座頂面通過旋轉(zhuǎn)連接軸與堅(jiān)直支撐板連接，在兩塊堅(jiān)直支撐板之間上下平行固接兩根毛細(xì) 鋼管，兩根毛細(xì)鋼管呈水平平行狀態(tài)并與堅(jiān)直支撐板垂直固接，在兩根毛細(xì)鋼管之間設(shè)有 一塊水平支撐板，水平支撐板呈水平狀態(tài)并且兩端通過旋轉(zhuǎn)連接軸與兩塊堅(jiān)直支撐板活動(dòng) 連接；在每根毛細(xì)鋼管內(nèi)部通過施加預(yù)應(yīng)力后剛性封裝光纖光柵；所述底座與水平支撐板 平行，在底座上開設(shè)螺孔。
[0007] 進(jìn)一步的，所述兩個(gè)光纖光柵的中心波長(zhǎng)非常接近或者相同。
[0008] 進(jìn)一步的，所述光纖光柵為布拉格光纖光柵。
[0009] 進(jìn)一步的，所述水平支撐板處于兩根毛細(xì)鋼管的正中間。
[0010] 進(jìn)一步的，所述傳感器既可以測(cè)量拉伸應(yīng)變，也可以測(cè)量壓縮應(yīng)變。
[0011] 工作過程大致如下：
[0012] 通過螺栓將底座連接在待測(cè)試件上，從而將傳感器固定住，在測(cè)量時(shí)，上、下兩個(gè) 毛細(xì)鋼管帶動(dòng)光纖光柵發(fā)生相反方向的中心波長(zhǎng)漂移，兩中心波長(zhǎng)相減，可以得到兩倍的 應(yīng)變量，測(cè)量精確度較高。另外，在保證兩根毛細(xì)鋼管關(guān)于水平支撐板對(duì)稱的前提下，調(diào)整 毛細(xì)鋼管安裝的上下位置，就可以把待測(cè)試件的大應(yīng)變，縮小為光纖光柵的小應(yīng)變測(cè)量，有 效保護(hù)傳感器，避免了因過載造成的傳感器損壞，適用于大應(yīng)變測(cè)量的場(chǎng)合。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1、所用的兩個(gè)光纖光柵中心波長(zhǎng)非常接近甚至相同，節(jié)省帶寬，增加了分布式傳 感的復(fù)用量；
[0015] 2、實(shí)現(xiàn)了溫度的自補(bǔ)償，避免了溫度應(yīng)變交叉敏感，解決溫度應(yīng)變交叉敏感問 題；
[0016] 3、改變毛細(xì)鋼管安裝的上下位置，就可以改變?cè)搼?yīng)變傳感器的測(cè)量靈敏度，實(shí)現(xiàn) 待測(cè)試件的大應(yīng)變測(cè)量，適用于大應(yīng)變測(cè)量場(chǎng)合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的主視圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明的俯視圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0020] 圖4是本發(fā)明傳感器處于自由狀態(tài)的簡(jiǎn)化幾何模型圖。
[0021] 圖5是本發(fā)明傳感器處于拉伸狀態(tài)的簡(jiǎn)化幾何模型圖。
[0022] 圖6是本發(fā)明中毛細(xì)鋼管封裝光纖光柵示意簡(jiǎn)圖。
[0023] 附圖標(biāo)號(hào)：1_底座、2-毛細(xì)鋼管、3-光纖光柵、4-堅(jiān)直支撐板、5-水平支撐板、 6_旋轉(zhuǎn)連接軸、7-螺孔。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0025] 如圖1、2、3所示，本發(fā)明所述傳感器包括底座1、兩根毛細(xì)鋼管2、兩個(gè)光纖光柵3、 兩塊堅(jiān)直支撐板4、一塊水平支撐板5 ;所述底座為長(zhǎng)方形板體結(jié)構(gòu)，在底座頂面通過旋轉(zhuǎn) 連接軸6與堅(jiān)直支撐板連接，在兩塊堅(jiān)直支撐板之間上下平行固接兩根毛細(xì)鋼管，兩根毛 細(xì)鋼管呈水平平行狀態(tài)并與堅(jiān)直支撐板垂直固接，在兩根毛細(xì)鋼管之間設(shè)有一塊水平支 撐板，水平支撐板呈水平狀態(tài)并且兩端通過旋轉(zhuǎn)連接軸與兩塊堅(jiān)直支撐板活動(dòng)連接；在每 根毛細(xì)鋼管內(nèi)部通過施加預(yù)應(yīng)力后剛性封裝光纖光柵；所述底座與水平支撐板平行，在底 座上開設(shè)螺孔7。
[0026] 進(jìn)一步的，所述兩個(gè)光纖光柵的中心波長(zhǎng)非常接近甚至相同。
[0027] 進(jìn)一步的，所述光纖光柵為布拉格光纖光柵。
[0028] 進(jìn)一步的，所述水平支撐板處于兩根毛細(xì)鋼管的正中間。
[0029] 利用焊接或者螺絲將該傳感器的兩個(gè)底座固定在待測(cè)物體上，將傳感器的兩個(gè)光 纖光柵串接在一起。
[0030] 當(dāng)傳感器處于自由狀態(tài)時(shí)，其簡(jiǎn)化幾何模型如圖4所示：其中線段A4表示水平支 撐板，其長(zhǎng)度為L(zhǎng) ;線段BBpDDi分別表示以水平支撐板A4為對(duì)稱軸對(duì)稱安裝的兩個(gè)毛細(xì)鋼 管，其中BBi在水平支撐板下方，DDi在水平支撐板上方，兩毛細(xì)鋼管的長(zhǎng)度也為L(zhǎng) ;C、Q兩 點(diǎn)分別表示兩堅(jiān)直支撐板的下端點(diǎn)，即堅(jiān)直支撐板與底座的相交的位置，C、Q兩點(diǎn)之間的 距離也為L(zhǎng)。
[0031] 當(dāng)待測(cè)物體受拉伸作用發(fā)生的形變?yōu)锳L時(shí)，傳感器簡(jiǎn)化幾何模型如圖5所示：待 測(cè)物體受拉伸作用發(fā)生的形變經(jīng)兩個(gè)固定底座傳遞到光纖光柵傳感器上，即CXi兩點(diǎn)之間 的距離也增加AL，待測(cè)物體產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)閑，此時(shí)待測(cè)物體發(fā)生的應(yīng)變?yōu)榇藭r(shí)毛細(xì)剛管 BBi受到拉伸作用力伸長(zhǎng)A Q，而毛細(xì)鋼管DDi受到壓縮作用力縮短A Q，則毛細(xì)鋼管發(fā)生 的應(yīng)變?yōu)閑 lt)
[0032] 其中，

【權(quán)利要求】
1. 一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器，其特征在于：所述傳感器包括底座、兩 根毛細(xì)鋼管、兩個(gè)光纖光柵、兩塊堅(jiān)直支撐板、一塊水平支撐板；所述底座為長(zhǎng)方形板體結(jié) 構(gòu)，在底座頂面通過旋轉(zhuǎn)連接軸與堅(jiān)直支撐板連接，在兩塊堅(jiān)直支撐板之間上下平行固接 兩根毛細(xì)鋼管，兩根毛細(xì)鋼管呈水平平行狀態(tài)并與堅(jiān)直支撐板垂直固接，在兩根毛細(xì)鋼管 之間設(shè)有一塊水平支撐板，水平支撐板呈水平狀態(tài)并且兩端通過旋轉(zhuǎn)連接軸與兩塊堅(jiān)直支 撐板活動(dòng)連接；在每根毛細(xì)鋼管內(nèi)部通過施加預(yù)應(yīng)力后剛性封裝光纖光柵；所述底座與水 平支撐板平行，在底座上開設(shè)螺孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器，其特征在于：所 述兩個(gè)光纖光柵的中心波長(zhǎng)相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器，其特征在于：所 述光纖光柵為布拉格光纖光柵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫度自補(bǔ)償光纖光柵大應(yīng)變量傳感器，其特征在于：所 述水平支撐板處于兩根毛細(xì)鋼管的正中間。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104330043SQ201410571225
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】齊躍峰, 武海生, 王晨博, 姜鳳賢, 周寧, 侯佳鵬 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)