专利名称：光纤光栅测力计锚索应力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及桥梁工程领域锚索的应力测量，特别是基于光纤光栅的测力计锚索应力测量。
背景技术：
应力环广泛的应用在土木工程和桥梁工程领域的锚索应力测量，现有技术一般使用电类应力传感器。电类应力传感器受湿度、温度的影响容易降低绝缘性能，避雷性差，受电磁场的影响容易产生噪声等，耐环境性差。而且，电类应力传感器不适用于分布式的复用结构，要进行多点测量平均到每个测量点的成本就会增加。另外，系统的信噪比不高，很难处理微弱应力的检出信号。
在日本专利厅公开的特开2004-125587中提到，采用光纤衍射光栅的土木用中央孔型测力传感器。将光纤传感器引入应力环中避免了电类传感器的缺点，但是其中的FBG传感器和中空状的圆筒部的结合是使用粘合剂粘贴的方式，粘合剂会吸收应力，产生冗余现象。
发明内容
本发明旨在提供一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，应用于桥梁锚索应力的测量和锚索安装时的监测。在安装锚索时会分别固定拉索的每根钢缆，如果在操作时没有应力的监测无法将拉力均匀施加在每根钢缆上，这样受力较大的钢缆会比较容易断裂。如果压力环上受力均匀且大小适度则说明锚索的状态健康。另外实践证明温度也是影响锚索健康状态的重要因素，当温度降低时桥梁的拉索会收缩，拉力加大增加了钢缆断裂的可能性，所以有效的进行温度的测量和补偿也是本发明要解决的问题。
一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，主要包括环形弹性体、六个光纤光栅应力传感器、两个光纤光栅温度传感器，其中光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器采用无胶化封装技术制备；光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器和环形弹性体采用激光点焊的方式附着，光纤光栅温度传感器焊接的方向垂直于环形弹性体承受的应力方向。
如前所述的一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，其中光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器的无胶化封装结构包括光纤光栅、金属片，光纤光栅表面有金属镀层，并有金属焊点将光纤光栅和金属片焊接在一起。
如前所述的一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，其中六个光纤光栅应力传感器均匀的分布在环形弹性体的外表面和内表面，通过激光电焊机焊接，焊接方向平行于环形弹性体承受的应力方向。
如前所述的一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，其中两个光纤光栅温度传感器分别位于环形弹性体的外表面和内表面，对本锚索应力测量系统进行温度补偿。
本发明采用无胶化封装技术制备光纤光栅传感器以及用激光点焊和环形弹性体附着的方法，避免了粘合剂结合产生的冗余现象以及有机物易疲劳分解的问题。提高了这种锚索应力测量系统的传感性能和使用寿命。环形弹性体的内外表面都分布有光纤光栅应力传感器，来自不同位置传感器的应力值可以反应锚索所受应力是否均匀。另外，光纤光栅温度传感器的焊接方向和环形弹性体承受的应力方向垂直，避免应力的影响可准确的反应温度的变化，也可同时对光纤光栅应力传感器做出温度补偿。
图1.光纤光栅测力计锚索应力传感器结构2.光纤光栅无胶化封装技术制备传感头结构3.锚索测力计安装示意4.锚索应力测量系统结构图具体实施方式
光纤光栅测力计锚索应力传感器结构如图1.所示，包括1-环形弹性体、2-光纤光栅应力传感器、3-光纤光栅温度传感器、8-光缆引出座、9-光缆等几个部分。其中光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器采用无胶化封装技术制备；光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器和环形弹性体采用激光点焊14的方式附着，光纤光栅温度传感器焊接的方向垂直于环形弹性体承受的应力方向。如前所述的光纤光栅测力计锚索应力传感器结构，其中六个光纤光栅应力传感器2均匀的分布在环形弹性体的外表面和内表面，通过激光电焊机焊接，焊接方向平行于环形弹性体承受的应力方向。如前所述的光纤光栅测力计锚索应力传感器结构，其中两个光纤光栅温度传感器3分别位于环形弹性体的外表面和内表面，对本锚索应力测量系统进行温度测量和温度补偿。
如前所述的光纤光栅测力计锚索应力传感器，其中光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器的无胶化封装结构如图2所示，包括光纤光栅10、金属片11，光纤光栅表面有金属镀层13，并有金属焊点14将光纤光栅和金属片焊接在一起。
如图3所示环形弹性体1安装在锚索座5和锚索头6之间，拉索4从承压筒的中间穿过如图2所示。安装好后拉索处于紧张状态，环形弹性体受压，位于环形弹性体上的光纤光栅应力传感器实时检测该压力。当某根或某些拉索松弛或断裂，环形弹性体上的受压情况会发生改变，位于环形弹性体上不同位置的光纤光栅应力传感器的测量值会监测到这种改变。
如图4.所示是本发明应用在桥梁上的锚索应力环测量系统，在每个锚索上安装应力环，引出的光缆串联后进入光调制解调器，最后的测量值输入分析计算机进行数据分析，对桥梁的健康状况实时的监测。
权利要求
1.一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，主要包括环形弹性体、六个光纤光栅应力传感器、两个光纤光栅温度传感器，其特征在于光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器采用无胶化封装技术制备；光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器和环形弹性体采用激光点焊的方式附着，光纤光栅温度传感器焊接的方向垂直于环形弹性体承受的应力方向。
2.如权利要求1所述的一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，其特征在于光纤光栅应力传感器和光纤光栅温度传感器的无胶化封装结构包括光纤光栅、金属片，光纤光栅表面有金属镀层，并有金属焊点将光纤光栅和金属片焊接在一起。
3.如权利要求1所述的一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，其特征在于六个光纤光栅应力传感器均匀的分布在环形弹性体的外表面和内表面，通过激光电焊机焊接，焊接方向平行于环形弹性体承受的应力方向。
4.如权利要求1所述的一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，其特征在于两个光纤光栅温度传感器分别位于环形弹性体的外表面和内表面，对本锚索应力测量系统进行温度补偿。
全文摘要
本发明是一种光纤光栅测力计锚索应力传感器，主要包括环形弹性体、若干光纤光栅传感器用于应变测量和温度测量，其中光纤光栅传感器采用无胶化封装工艺；光纤光栅传感器和环形弹性体采用激光点焊的方式附着，用于应力测量的光纤光栅传感器均匀附着在环形弹性体的内侧和外侧，用于温度测量的光纤光栅传感器焊接附着的方向垂直于环形弹性体承受的应力方向。本发明通过无胶化的结构改善光纤光栅传感性能，不同位置的应力传感器可反应锚索的受力是否均匀，新型的温度传感器的结合方式准确的测量温度和进行温度补偿。
文档编号G01L19/04GK1632488SQ20041006148
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月31日 优先权日2004年12月31日
发明者姜德生, 付祥胜, 梁磊, 刘胜春, 南秋明, 张东生 申请人:武汉理工大学