专利名称：一种光纤光栅应变传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种光纤光栅应变传感器。
背景技术：
光纤光栅是一种在光纤通信、光纤传感及光信息处理领域有着广泛应用前景的无源光纤器件。基于光纤光栅的传感器具有抗电磁干扰、体积小、结构简单的优点，能够在土木、石油化工等恶劣环境中实现准确测量。应变测量是监测桥梁、大坝等大型工程健康、 安全的重要手段。近年来，基于光纤光栅的应变传感器发展迅速。对光纤光栅进行封装是提高传感器性能和保护光纤光栅有效手段。研究人员将光纤光栅直接粘贴于金属材料上，通过金属材料将应变传递给光纤光栅，引起光纤光栅波长的漂移，但是金属材料的形变有限，导致传感器的测量范围较小。另外，在中国实用新型专利公告号为CN202083359提供的方案中，将光纤光栅黏贴在悬臂梁上，通过拉杆将应变传递到悬臂梁，进而使光纤光栅波长漂移，此方案虽然能够实现应变传感，但是机械结构复杂，有多重力的传递，误差较大，导致传感器的性能不稳定，且安装过程复杂，给现场施工带来困难。本发明利用弹性应变片对光纤光栅进行封装，实现应变测量，具有结构简单、测量范围大、安装方便的优点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有技术中光纤光栅应变传感器测量范围小、安装复杂的问题，提供了一种结构简单、测量范围大、安装方便的光纤光栅应变传感器。本发明为解决技术问题所采取的技术方案—种光纤光栅应变传感器包括弹性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置。弹性应变片有纵向轴且沿纵向轴对称，包括一对对称式U型梁弹性结构、连接U型梁弹性结构的平板、位于弹性应变片纵轴线上用于放置光纤光栅的细槽、位于细槽两端用于穿过尾纤的一对矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置；固定装置包括两组固定点，第一组固定点为在纵向上位于U型梁弹性结构两侧的两对半圆矩形槽或安装孔，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直，第二组固定点为位于弹性应变片两端的带有半圆矩形槽或安装孔的弹性结构，它们同样成对出现，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直；铠装护套固定装置分布于纵向轴，包括在带有半圆矩形槽弹性结构之间的矩形孔、带有圆孔的半圆矩形槽和位于弹性应变片两端带圆孔的平板；在对称式U型梁弹性结构和相应的第二组固定点之间的温度补偿装置为一边与弹性应变片连接的矩形；所述弹性应变片的U型梁弹性结构、平板、细槽、穿过尾纤的矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置为一体式结构；将光纤光栅置于细槽内，其两端利用玻璃焊料通过点焊的方式固定于相应的位置，其尾纤穿过矩形孔之后位于弹性应变片的另一面，然后利用铠装护套铠装；将铠装护套一定长度的塑料剥离，未剥离的一端置于矩形孔内卡牢，剥离的一段利用穿过半圆矩形槽内圆孔的细铁丝箍紧固定，将带圆孔的平板垂直于弹性应变片，然后将未剥离的另一端穿过平板上的圆孔且利用圆孔将其卡牢固定；附属装置为带有圆孔的两个金属块，在第一组固定点和第二组固定点处通过点焊或螺丝将弹性应变片固定于金属块，然后利用焊接或螺丝将固定弾性应变片的金属块固定于待测物体上；弾性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置构成光纤光栅应变传感器。本发明所具有的有益效果为I、对称式U型梁弾性结构在加载应变后，易发生弹性形变，増大了传感器的測量范围。2、光纤光栅利用玻璃焊料焊接于 弹性应变片，焊点小且焊接牢固，不易脱落，使传感器能适应恶劣的工作环境。3、光纤穿过矩形孔使尾纤和光纤光栅分别处于弾性应变片的两面，这样光纤光栅应变传感器固定于待测物体之后，光纤光栅在待测物体和弾性应变片之间，而非暴露于外界，进而有效保护光纤光柵。4、该传感器通过第一组固定点和第二组固定点将弹性应变片固定于待测物体，第ー组固定点即U型梁弹性结构两侧的半圆矩形槽或安装孔，将弹性应变片固定于待测物体，这样应变即可加载于弹性应变片，进而引起光纤光栅波长漂移；第二组固定点为弹性结构中的半圆矩形槽或安装孔，固定于待测物体之后弹性应变片更加紧贴于待测物体，并且弹性结构可以消除第一组固定点和第二组固定点之间应变对传感器的干扰。5、在铠装护套固定装置中，设计三种结构将铠装护套完全固定于弹性应变片而不出现滑动。6、光纤光栅固定于弹性应变片之前进行预张拉，这样光纤光栅应变传感器可測量待测物体的正负应变。7、在弾性应变片上设计了细槽使光纤光栅、玻璃焊料和细铁丝置于弹性应变片内，而非暴露于外，不仅对光纤光栅、玻璃焊料和细铁丝形成有效保护，而且保证了弹性应变片的平整性。8、通过附属装置将弹性应变片固定于待测物体，降低了安装难度，提高了安装成功率。从上述发明提供的技术方案中可以看出，本发明提供的光纤光栅应变传感器设计了温度补偿装置，但温度补偿装置的细槽内必须焊接有光纤光栅才具有温度补偿功能。另外本发明可简化设计，去除温度补偿装置，同样可实现应变測量。
图I为本发明结构示意图的正面。图2为本发明结构示意图的反面。图3为本发明结构示意图的纵视图。图4为本发明铠装护套的结构示意图。图5为本发明附属装置的结构示意图。图6为本发明中带有安装孔的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步描述，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例，使本发明的优点变得更加清楚和容易理解。如图1，2，3，4和5所示，提出的一种光纤光栅应变传感器包括弾性应变片I、光纤光栅11和12、铠装护套14和附属装置15。弾性应变片I有纵向轴且沿纵向轴对称，包括一对对称式U型梁弾性结构5、连接U型梁弾性结构5的平板10、位于弹性应变片I纵轴线上用于放置光纤光栅11和12的细槽13、位于细槽13两端用于穿过尾纤的ー对矩形孔6、温度补偿装置9、固定装置7，8、铠装护套固定装置2，3，4;固定装置包括两组固定点，第一组固定点7为在纵向上位于U型梁弾性结构5两侧的两对半圆矩形槽或安装孔，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直，第二组固定点8为位于弾性应变片I两端的带有半圆矩形槽或安装孔的弹性结构，它们同样成对出现，每 对固定点之间的连线都与纵向轴垂直；铠装护套固定装置2，3，4分布于纵轴线上，包括在带有半圆矩形槽弹性结构8之间的矩形孔4、带有圆孔的半圆矩形槽3和位于弹性应变片两端带圆孔的平板2 ;在对称式U型梁弹性结构5和相应的第二组固定点8之间的温度补偿装置9为ー边与弾性应变片I连接的矩形；所述弹性应变片I的U型梁弾性结构5、平板10、细槽13、穿过光纤光栅的矩形孔6、温度补偿装置9、固定装置7，8、铠装护套固定装置2，3，4为一体式结构；将光纤光栅11，12置于细槽13内，其两端利用玻璃焊料通过点焊的方式固定于相应的位置，其尾纤穿过矩形孔6之后位于弹性应变片的另一面，然后利用铠装护套14铠装；将铠装护套14一定长度的塑料剥离，未剥离的一段置于矩形孔4内卡牢，剥离的一段利用穿过半圆矩形槽内圆孔3的细铁丝箍紧固定，将平板2垂直于弹性应变片1，然后将未剥离的另一段穿过平板2上的圆孔且利用圆孔将其卡牢固定；附属装置15为带有圆孔的两个金属块，在第一组固定点7和第二组固定点8通过点焊或螺丝将弾性应变片I固定于金属块，然后利用焊接或螺丝将带固定弹性应变片I的附属装置15固定于待测物体上；弹性应变片I、光纤光栅11，12、铠装护套14和附属装置15构成光纤光栅应变传感器。本实施方式的工作方式为利用焊接或螺丝将带有弹性应变片的金属块固定子待测物体上，当待测物体发生应变AL/L吋，应变即加载于应变光栅11，进而引起应变光栅11反射波长的漂移A A 1，測量出应变光栅11的波长漂移量A A I ;由于温度光栅12和应变光栅11处于相同温度下，温度变化对二者的影响相同，波长变化量都为△入2，减去温度对传感器的影响后即可反求出应变AL/L。在本实施实例中，弾性应变片的尺寸为146X25. 4X0. 8mm，该装置的灵敏度约为I. lpm/u e，测量范围为±2500y e。该装置能够实现应变测量的关键技术为I.对称式U型梁弾性结构在加载应变后，易发生弹性形变，増大了传感器的測量范围。2.利用玻璃焊料将光纤光栅点焊固定于弹性应变片，焊点小且焊接牢固，不易脱落，使传感器能适应恶劣的工作环境。3.光纤光栅穿过矩形孔，使尾纤和光纤光栅分别处于弾性应变片的两面，这样弹性应变片固定于待测物体之后，光纤光栅在待测物体和弾性应变片之间，而非暴露于环境中，对光纤光栅形成有效保护。4.弹性结构两侧的半圆矩形槽是弹性应变片的第一组固定点，在槽内通过点焊的方式将弹性应变片固定于待测物体，这样待测物体的应变即可加载于弹性应变片，进而引起光纤光栅波长漂移；弹性结构中的半圆矩形槽是弹性应变片的第二组固定点，弹性应变片更加紧贴于待测物体，其中的弹性结构可以消除第一组固定点和第二组固定点之间的应变对传感器的干扰。5.将铠装护套的一段塑料剥离，这样未剥离的部分就形成凸起，与弹性应变片的固定装置配合，使铠装护套与弹性应变片紧密结合，不出现滑动。6.铠装护套固定装置中的矩形孔可以有效卡牢铠装护套前端凸起部分，使铠装护套在弹性应变片所在的平面内不出现滑动；铠装护套固定装置中带小孔的圆弧矩形槽，利用穿过小孔的细铁丝将铠装护套箍紧；所述垂直 于弹性应变片带圆孔的平板使铠装护套的摆动不会影响与弹性应变片固定的部分。7.光纤光栅固定于弹性应变片之前进行预张拉，这样光纤光栅应变传感器可测量待测物体的正负应变。8.弹性应变片纵轴线上的细槽使光纤光栅在弹性应变片内，对光纤光栅形成有效的保护。9.弹性应变片纵轴线上的细槽和铠装护套固定装置中带小孔的圆弧矩形槽使光纤光栅、玻璃焊料和用于箍紧铠装护套的细铁丝处于弹性应变片内，有效保证了弹性应变片的平整性。10.温度补偿装置的引入可以有效消除温度对传感器的干扰。以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种光纤光栅应变传感器包括弹性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置，其特征在于 弹性应变片有纵向轴且沿纵向轴对称，包括一对对称式U型梁弹性结构、连接U型梁弹性结构的平板、位于弹性应变片纵轴线上用于放置光纤光栅的细槽、位于细槽两端用于穿过尾纤的一对矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置；固定装置包括两组固定点，第一组固定点为在纵向上位于U型梁弹性结构两侧的两对半圆矩形槽或安装孔，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直，第二组固定点为位于弹性应变片两端的带有半圆矩形槽或安装孔的弹性结构，它们同样成对出现，每对固定点之间的连线都与纵向轴垂直；铠装护套固定装置分布于纵向轴，包括在带有半圆矩形槽弹性结构之间的矩形孔、带有圆孔的半圆矩形槽和位于弹性应变片两端带圆孔的平板；在对称式U型梁弹性结构和相应的第二组固定点之间的温度补偿装置为一边与弹性应变片连接的矩形；所述弹性应变片的U型梁弹性结构、平板、细槽、穿过尾纤的矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置为一体式结构；将光纤光栅置于细槽内，其两端利用玻璃焊料通过点焊的方式固定于相应的位置，其尾纤穿过矩形孔之后位于弹性应变片的另一面，然后利用铠装护套铠装；将铠装护套一定长度的塑料剥离，未剥离的一端置于矩形孔内卡牢，剥离的一段利用穿过半圆矩形槽内圆孔的细铁丝箍紧固定，将带圆孔的平板垂直于弹性应变片，然后将未剥离的另一端穿过平板上的圆孔且利用圆孔将其卡牢固定；附属装置为带有圆孔的两个金属块，在第一组固定点和第二组固定点处通过点焊或螺丝将弹性应变片固定于金属块，然后利用焊接或螺丝将固定弹性应变片的金属块固定于待测物体上；弹性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置构成光纤光栅应变传感器。
2.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是光纤光栅的固定方式为利用玻璃焊料点焊。
3.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是对称式U型梁弹性结构为沿纵向轴对称的一对U型梁。
4.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是一对对称式U型梁弹性结构之间有平板连接。
5.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是一对对称式U型梁弹性结构在光纤光栅的两个固定点之间。
6.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是尾纤和光纤光栅分别处于弹性应变片的两面。
7.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是光纤光栅固定点在第一组固定点连线的中点。
8.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是应变片的第二组固定点位于弹性应变片两端的弹性结构。
9.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是弹性应变片的第一组固定点和与之同侧的第二组固定点之间有温度补偿装置。
10.根据权利要求I所述的一种光纤光栅应变传感器，其特征是光纤光栅、玻璃焊料和箍紧铠装护套的细铁丝处于弹性应变片内，而非暴露于弹性应变片平面之外。
全文摘要
本发明涉及一种光纤光栅应变传感器。弹性应变片有纵向轴且沿纵向轴对称，包括一对对称式U型梁弹性结构、连接U型梁弹性结构的平板、位于弹性应变片纵轴线上用于放置光纤光栅的细槽、位于细槽两端用于穿过尾纤的一对矩形孔、温度补偿装置、固定装置和铠装护套固定装置；将光纤光栅置于细槽内，其两端利用玻璃焊料通过点焊的方式固定于相应的位置，其尾纤穿过矩形孔之后位于弹性应变片的另一面，然后利用铠装护套铠装；弹性应变片、光纤光栅、铠装护套和附属装置构成光纤光栅应变传感器。本发明具有一种结构简单、测量范围大、安装方便，并且能有效消除温度对传感器的干扰。
文档编号G01B11/16GK102853778SQ20121027868
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者陈庆根, 罗宗胜, 王云鹏 申请人:杭州珏光物联网科技有限公司