专利名称：光纤光栅冰压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种传感器，具体地说是一种用于监测或检测海洋平台冰压力的新型传感装置。
背景技术：
高纬度地区的海域冬季处于严重的冰冻状态，而那些地区又富有石油和天然气资源，在那里建造的海洋结构，主要为海洋平台，必然受到海冰各种形式的作用。海洋结构在冰作用下的安全性受到了极大的关注和重视，特别是历史上库克湾的两座钻井平台在建造后不到两年的时间里被冰推倒，更加速了各国对海洋平台在冰压力作用下的安全问题的研究。冰压力测试是该研究方向的核心技术问题之一。传统由电阻应变计制作的冰压力传感器具有无法跨越的耐久性问题。
近年来光纤传感技术得到长足的发展，它是适用于长期监测的理想传感元件，尤其适用于土木工程结构。基于光纤光栅的传感器是光纤光栅作敏感元件的功能性传感器，具有其他类型光纤传感器无可比拟的优点，主要有其用波长编码传感信号；光纤光栅传感器是自参考的，测量的是绝对值不是计量干涉条纹；光纤光栅的敏感部分写在芯区，由其组成的传感器无需光纤连接器、机械装配、研磨工艺和对准工艺；光纤光栅传感器灵敏度高，动态范围大等。目前，光纤光栅传感器已经广泛用于土木工程、航空航天、石油化工、医学、环境工程等领域。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种具有高耐久性的光纤光栅冰压力传感装置。
本实用新型的目的是这样实现的它包括外壳，外壳内部的两端设置支座，外壳的中间设置等强度感知梁，等强度感知梁的一端固定在支座上、另一端为悬臂端，等强度感知梁上贴有光纤光栅传感器，等强度感知梁上设置弹性梁，弹性梁的两端支在支座上、且其中的一端与支座之间固定另一端不固定，弹性梁的中点与等强度感知梁的悬臂端搭接，它还包括刚性梁，刚性梁的梁板位于外壳外、两端伸入到外壳中与弹性梁接触。
本实用新型还可以包括这样一些结构特征1、光纤光栅传感器为两个，分别粘贴于等强度感知梁的两侧。
2、等强度感知梁的悬臂端与外壳之间设置有弹簧限位器。
3、所述的光线光栅传感器是裸光栅，等强度感知梁两侧的光线光栅由一根光纤串联引出。
4、等强度感知梁与外壳及引出光纤与外壳的缝隙处有密封胶水。
5、光纤光栅传感器的引出光纤传输线路上设置保护盒。
对冰压力的有效监测是海洋平台结构健康监测的重要内容。光纤光栅是目前智能材料与系统研究中应用最为广泛的传感材料之一，具有抗潮、抗腐蚀能力强、结构简单、可以方便改变量程、可以组成分布式传感网络等优点。本实用新型基于光纤光栅应变测量原理，根据海洋平台结构测量冰压力的要求制造而成，可以很好的对海洋平台的冰压力荷载进行监测。
本实用新型将光纤光栅置于等强度感知梁上，并与刚性梁、弹性梁及其整体传力机构构成一个可以监测海洋平台冰压力的传感装置。冰压力由刚性梁传递给弹性梁，由于刚性梁和弹性梁相接处只有两个腿支的位置，其两个分量的挠度总和与荷载作用点无关。因此，我们可以方便建立冰压力荷载与感知梁应变之间的关系。光纤光栅冰压力传感器的耐腐蚀金属外壳有效的保证了传感器的耐久性特点，而且本传感器还基本具备了光纤光栅的所有优点如耐腐蚀、传感精度高、抗电磁干扰、准分布式传感、绝对测量、稳定性等。此外，采用在光纤光栅冰压力传感器的等强度梁上下各贴一个光纤光栅传感器达到温度补偿，解决其应变、温度交叉敏感问题，实现对应变的独立测量。
图1是本实用新型结构示意图；图2是本实用新型的等强度梁光纤光栅布设示意图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型座更详细的描述结合图1，光纤光栅冰压力传感装置包括等强度感知梁3，等强度梁上面的弹性梁2，传力给弹性梁的刚性梁1和起到保护内部结构作用的金属外壳5。等强度梁3是敏感构件，上面贴有光栅6进行应变测量，其较宽的一端和支座相连接，另一端为悬臂端；弹性梁2的两端分别连接到支座4上，弹性梁2是传递变形的构件，其两端为简支，其中一端和支座焊接，另一端不需要固定，中点与等强度梁3悬臂端搭接。刚性梁1是主要的传力机构，它的主要作用是外面的刚性梁的板承受冰压力，然后将压力以两个集中力的形式传递给弹性梁。由于传递后的两个集中力的位置是确定不变的，所以此冰压力传感器的测量并不受冰压力的形式和作用在刚性梁的位置影响。刚性梁1和外壳5及引出光纤和外壳5的缝隙处均用胶水密封。
结合图2，本实用新型采用在等强度梁上下各贴一个光纤光栅传感器6达到温度补偿，解决其应变、温度交叉敏感问题，实现对应变的独立测量。
本实用新型的产品可以采用这样的方法来制作首先，根据实际要监测或者测量的冰压力的需要，通过力学分析，设计好光纤光栅冰压力传感器各部件的尺寸。然后，分别制作布设光纤光栅传感器的等强度梁、弹性梁与刚性梁，封装用的金属保护外壳。其次，按照结构设计图进行各部件的组装，尤其是等强度梁上两个光栅的布设，尽量做到位置相对应。将引出的光纤置入保护盒。待组装好后，对冰压力光纤光栅传感器进行标定，确定好传感器的量程和精度。最后，根据设计的基本理论方法和试验标定结果，利用相关软件开发平台开发光纤光栅冰压力智能监测系统。
权利要求1.一种光纤光栅冰压力传感器，它包括外壳，其特征是外壳内部的两端设置支座，外壳的中间设置等强度感知梁，等强度感知梁的一端固定在支座上、另一端为悬臂端，等强度感知梁上贴有光纤光栅传感器，等强度感知梁上设置弹性梁，弹性梁的两端支在支座上、且其中的一端与支座之间固定另一端不固定，弹性梁的中点与等强度感知梁的悬臂端搭接，它还包括刚性梁，刚性梁的梁板位于外壳外、两端伸入到外壳中与弹性梁接触。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是光纤光栅传感器为两个，分别粘贴于等强度感知梁的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是等强度感知梁的悬臂端与外壳之间设置有弹簧限位器。
4.根据权利要求1或2所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是所述的光线光栅传感器是裸光栅，等强度感知梁两侧的光线光栅由一根光纤串联引出。
5.根据权利要求3所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是所述的光线光栅传感器是裸光栅，等强度感知梁两侧的光线光栅由一根光纤串联引出。
6.根据权利要求1、2或5所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是等强度感知梁与外壳及引出光纤与外壳的缝隙处有密封胶水。
7.根据权利要求3所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是等强度感知梁与外壳及引出光纤与外壳的缝隙处有密封胶水。
8.根据权利要求4所述的光纤光栅冰压力传感器，其特征是等强度感知梁与外壳及引出光纤与外壳的缝隙处有密封胶水。
专利摘要本实用新型提供的是一种光纤光栅冰压力传感器。它包括外壳，外壳内部的两端设置支座，外壳的中间设置等强度感知梁，等强度感知梁的一端固定在支座上、另一端为悬臂端，等强度感知梁上贴有光纤光栅传感器，等强度感知梁上设置弹性梁，弹性梁的两端支在支座上、且其中的一端与支座之间固定另一端不固定，弹性梁的中点与等强度感知梁的悬臂端搭接，它还包括刚性梁，刚性梁的梁板位于外壳外、两端伸入到外壳中与弹性梁接触。本实用新型具有温度自补偿、监测荷载与作用点无关、精度高、耐久性好、造价低、实施简单等优点。
文档编号G01L1/24GK2748890SQ20042006378
公开日2005年12月28日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者周智, 兰春光, 欧进萍 申请人:周智, 兰春光, 欧进萍