专利名称：光纤光栅管道应力箍的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤光栅管道应力箍，是一种应力检测装置，是一种钢管道
与海洋平台导管架长期健康监测的装置，特别适于大型钢管结构的轴力、弯矩监测。
背景技术：
1978年Hill等人发现含锗光纤具有光敏性并研制出世界上第一根光纤光栅。 1989年Meltz等人报道了利用紫外线侧写入技术制造光纤光栅，大大地提高了光纤光栅的 写入效率。1993年Hil1等人利用相位掩模法侧写入光栅进一步提高了光纤光栅写入效率。 人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应 用奠定了基础。1989年Morey等人报道了光纤光栅温度、应变及静水压力传感特性，从此光 纤光栅在传感领域的应用引起了人们的广泛重视。作为一种新型的结构智能传感元件，光 纤光栅诸多优点，如不受电磁干扰、不受潮湿环境影响、寿命长、可实现准分布、体积小、质 量轻、频带宽、信号衰减小，使其成为替代传统电阻应变计的传感器首选。由于光纤光栅非 常纤细，外径约为125微米左右，其主要成分是Si(^，抗剪能力很差，特别脆弱，难以在土木 工程施工的恶劣环境下存活，因此必须采取有效封装措施进行保护。所以需要一种好的封 装方法，既能适于传感器的布设，保证光纤光栅的存活，又能保证应变的良好界面传递。已 有技术中有的将光纤光栅封装在不锈钢等刚性材料中，但只能监测到具体某一点的应力与 应变。对于石油管道或者导管架海洋平台钢管这样的直径高达几十公分甚至上百公分的管 状结构来说，测量一个点的应力应变是不能获得钢管轴力与弯矩这样的内力值的。 光纤光栅直径小、质地脆，容易被破坏。目前报道的光纤光栅传感器虽然能够对光 纤光栅实现封装保护。但应用于石油管道、海底管线、导管架海洋平台钢管监测时，将会面 临布设困难，传感器定位困难，成活率低，安装保护工艺繁琐等困难。要将光纤光栅传感技 术大规模应用于管道结构监测中，就必须进行有效的封装以确保光纤光栅在作业过程中不 被破坏，从而提高其安装效率与成活率，同时还要保证结构应力应变能够有效传递到光纤 光栅上。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有良好的应变传递性能，能够方便快 捷的监测钢管状结构内力(轴力、弯矩)的光纤光栅管道应力箍。在现场布设过程中，该应 力箍可以直接卡箍在钢管结构外壁，通过焊接或螺栓连接方式与被测管道结合在一起。 本实用新型的技术方案如下 —种光纤光栅管道应力箍，包括两个紧密套在钢管表面上的钢套箍、光栅、 光导纤维，钢套箍是横截面为半圆形，两个钢套箍之间通过连接处连接；光纤光栅 按准分布方式被集成安装布设在管道应力箍内，每个光纤光栅之间由光导纤维串接。4支光 纤光栅按准分布方式被集成安装布设在管道应力箍内，光纤光栅之间由光导纤维串接。管 道应力箍两端引出传输段光导纤维，连接若干个管道应力箍联合应用或与其他套箍联合使用。 本实用新型的管道应力箍包括两个可以紧密套在钢管表面上的钢套箍、光栅、光
导纤维，钢套箍是横截面为半圆形，两个钢套箍之间在连接处紧密连接。光纤光栅按准分布
方式被集成安装布设在管道应力箍内，每个光纤光栅之间由单模光导纤维串接。 在光纤光栅管道应力箍的两端都可以引出传输段单模光导纤维，方便连接若干个
应力箍准分布联合应用。 现场监测安装时，将两个钢套箍直接套箍在钢管外部，交接处采用高强螺栓牢固
连接。钢套箍与钢管之间采用焊接式连接，保证钢套箍与钢管协同变形。光纤光栅管道应
力箍的信号由单模光导纤维输出，也可以根据实际情况引出两根光导纤维从而实现与其他
套箍的准分布监测。 本实用新型的有益效果是 1、适于产业化生产，结构简单，成本较低； 2、可以直接实现对管道轴力与弯矩的测量； 3、可以通过不同应力箍之间的串联，形成准分布式传感网络； 4、具有对测量结果的温度补偿功能。 5、传感器布设方便、快捷、成活率高。
附图1是光纤光栅管道应力箍结构示意图。 附图2是光纤光栅管道应力箍横截面示意图。
图中:1钢管;2光导纤维;3光栅;4、6钢套箍;5交接处。
具体实施方案 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。 针对管道特点，首先应用有限元优化设计方法研究光纤光栅管道应力箍的最优封 装几何尺寸参数，其次，优化各光纤光栅波分复用的准分布布设技术；再次，对不同尺寸厚 度的钢管套箍进行操作可行性分析，综合考虑封装结构的耐久性等问题，选用高耐久性粘 结剂进行封装。在同一根单模光纤上，串联具有不同布拉格波长的光纤光栅。串联融接过 程，采用优化融接工艺，保证光纤光损为最小。最后，确定光纤光栅管道应力箍的封装结构 形式如附图中图l和图2所示。 如图2所示，光纤光栅应力箍结构组成包括两个横截面为半圆形的钢套箍4、6。采 用专用树脂类胶将4支光纤光栅3按照特定布设方式分别粘贴在钢套管4、6内。每个光纤 光栅之间由单模光导纤维连接，实现准分布。现场监测安装时，将两个钢套箍4、6直接套箍 在钢管1外部，交接处5采用高强螺栓牢固连接。钢套箍4、6与钢管之间采用焊接式连接， 保证钢套箍与钢管协同变形。光纤光栅管道应力箍的信号由单模光导纤维2输出，也可以 根据实际情况引出两根光导纤维从而实现与其他套箍的准分布监测。
权利要求一种光纤光栅管道应力箍，包括两个紧密套在钢管表面上的钢套箍(4、6)、光栅(2)、光导纤维(3)，其特征在于钢套箍是横截面为半圆形，两个钢套箍之间通过连接处(5)连接；光纤光栅按准分布方式被集成安装布设在管道应力箍内，每个光纤光栅之间由光导纤维(3)串接。
2. 根据权利要求l所述的一种光纤光栅管道应力箍，其特征还在于4支光纤光栅(2) 按准分布方式被集成安装布设在管道应力箍内，光纤光栅之间由光导纤维(3)串接。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤光栅管道应力箍，其特征还在于管道应力箍两端 弓I出传输段光导纤维，连接若干个管道应力箍联合应用或与其他套箍联合使用。
专利摘要本实用新型涉及一种光纤光栅管道应力箍，是一种应力检测装置，是一种钢管道与海洋平台导管架长期健康监测的装置，特别适于大型钢管结构的轴力、弯矩监测。其包括两个紧密套在钢管表面上的钢套箍、光栅、光导纤维，钢套箍是横截面为半圆形，两个钢套箍之间紧密连接；光纤光栅按准分布方式被集成安装布设在管道应力箍内，光纤光栅之间由光导纤维串接。本实用新型提供了一种具有良好的应变传递性能，能够方便快捷的监测钢管状结构内力(轴力、弯矩)的光纤光栅管道应力箍。该管道应力箍适于产业化生产，结构简单，成本较低，成活率高，并具有对测量结果的温度补偿功能。
文档编号G01L3/00GK201535705SQ200920302469
公开日2010年7月28日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者欧进萍, 赵雪峰, 路杰 申请人:大连理工大学