一种适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计的制作方法

本发明涉及一种应变计，具体涉及一种适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计。

背景技术：

自20世纪70年代以来，光纤传感技术在世界范围内引起了广泛的关注，并得到了快速的发展，其中以光纤光栅传感技术的发展最为迅速。与传统的机械、电子传感器相比，光纤光栅传感器具有以下优点：1、尺寸小、质量轻，2、传输损耗低、带宽高，3、免疫电磁干扰，4、耐腐蚀，5、使用寿命长，6、可以使用多路复用技术进行分布式测量。

现有的光纤光栅应变类传感器利用弹性换能结构进行封装，常用的封装方式主要有基片式、管式和基于管式的两端夹持式。此类工艺对封装件加工精度、材料类型等要求较高，导致光纤光栅应变计封装复杂且成本高，封装后传感器体型较大，影响结构体的整体美观，尤其在古建筑、核电安全壳等比较注重外观的被测结构中，传统封装的应变计显得尤为突兀；并且，封装而成的传感器标距与量程较小，尤其在土体与混凝土等非均匀介质的应变测试中，容易因为局部微裂缝的发展导致传感器的失效；其次，用此种封装工艺制作的光纤光栅应变计安装非常复杂，通常需要钻孔，安装底座进行固定，调节松紧过程中极易损坏传感器。在结构物不允许钻孔的情况下，传感器只能通过黏贴的方式固定，由于其底座的设计以及高模量的封装金属管，传感器不能与结构物协同变形，从而导致测量出现极大误差。

针对上述光纤光栅传感器封装工艺带来的问题，申请号为201320029537.1的中国实用新型专利公开了一种新型光纤光栅应变计，主要为将光纤光栅封装于钢绞线中，无金属管片进行换能转化，提升了传感器的稳定性与可靠性，并且降低了封装成本，满足了深部岩土体的变形测量。但是，其主要针对于岩土体内部的应变测试，对于混凝土结构、钢结构、木质结构等表面的应变测试，钢绞线包裹技术方案并不可行。因此，发明一种测试范围大、不受微裂缝影响、不影响结构体美观且封装成本低，施工简单快速，适用于混凝土结构、钢结构等表面变形监测的光纤光栅应变计十分必要。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计，它包括：

金属片，所述金属片有多个且间隔设置，每个所述金属片上开设有多个通孔且其表面开设有第一凹槽以及多个通孔；

第一套管，所述第一套管固定在相邻的两个所述金属片之间；

多个第二套管，每个所述第二套管对应固定于每个所述金属片的第一凹槽内；

光纤光栅，所述光纤光栅设置在所述第一凹槽内且穿过所述第一套管和所述第二套管。

优化地，它还包括连接相邻两个所述金属片的连接片，所述第一套管固定于所述连接片的第二凹槽内。

优化地，多个所述金属片的第一凹槽处于同一直线上。

进一步地，每个所述金属片上的所述通孔有两排，它们设置于所述第一凹槽的两侧。

优化地，多个所述金属片中最外侧的两个上分别设有相背延伸的出线端子。

优化地，所述金属片为超薄型铜片或者不锈钢片。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计，直接对光栅进行拉伸，无金属管片进行换能转化，提升光纤光栅测试稳定性；其测试应变能达到15000με；不受微裂缝的影响，满足了混凝土结构、钢结构、木质结构等的表面应变测试，可通过点焊、环氧黏贴、钉子固定的方式固定于结构物表面，无需打孔，不破坏被测物体结构，安装简易，传感器与结构物耦合性好，测试灵敏度高；准分布式布设测量，布设简单，不影响结构体外观，通过喷漆等方式可将传感器覆盖，与结构体形成一体；发挥了光纤光栅传感器技术优势并降低了其应用门槛，使光纤光栅传感器能够得到广泛的应用。

附图说明

附图1为实施例1中适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计的结构示意图；

附图2为实施例2中适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计的结构示意图；

其中，1、金属片；11、第一凹槽；12、通孔；13、出线端子；14、连接片；2、光纤光栅；3、第一套管；4、第二套管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

实施例1

本实施例提供一种适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计，如图1所示，它主要包括金属片1、光纤光栅2、第一套管3和第二套管4。

其中，金属片1为两个且呈薄片状结构（为超薄型铜片或者不锈钢片材料），它们间隔设置；每个金属片1上开设有多个通孔12并且其表面开设有第一凹槽11；通过通孔12可以将金属片1通过点焊、环氧黏贴、钉子固定的方式固定在混凝土结构、钢结构、木质结构等的表面进行应变测试，无需打孔、不破坏被测物体结构、安装简易、与结构物耦合性好，可以加强与被测物体的黏贴强度；在本实施例中，多个通孔12形成两排并设置在第一凹槽11的两侧。两个金属片1的第一凹槽11处于同一直线上，用于容纳光纤光栅2，这样可以对光纤光栅2直接进行拉伸，无金属管片进行换能转化，提升光纤光栅测试稳定性。第一套管3的数量通常比金属片1的数量多一个；这样当金属片1为两个时，第一套管3的数目为一个；其材质可为聚氨酯弹性材料，弹性模量小于混凝土、钢等材料，可与结构物协同变形，长度可以根据需要选择从几厘米到几十厘米；它通过在端部粘合胶水而固定在两个金属片1之间，克服了监测中微裂纹的影响。第二套管4的数量与金属片1的数量一致使得每个金属片1对应一个第二套管4，这样第二套管4可以对应固定在金属片1的第一凹槽11内，并与第一套管3间隔设置，用于将光纤光栅2引出。光纤光栅2设置在凹槽11内，可以采用环氧树脂予以密封固定，并穿过全部的第一套管3和第二套管4；它可以选择无损高强度光纤光栅，这样制得的应变计应变能达到15000με，相对普通光纤光栅应变计±1500με的测量范围，其拉伸范围提高了10倍。

在本实施例中，金属片1的边缘处向外延伸形成出线端子13，使得两个金属片1的两个出线端子13相背延伸，这样可将光纤光栅2通过强度较高的第二套管4引出，并在出线端子13部位用环氧树脂密封固定，解决了出线部位光纤易折损的问题。第一凹槽11则可以根据实际需要（如有无固定有第一套管3或第二套管4等）将其每段的宽度设置成不同。

实施例2

如图2所示的适用于微裂缝结构体的轻便型光纤光栅大量程应变计，其结构与实施例1中的基本一致，不同的是：相邻的两个金属片1通过连接片14相连接（可以是一体成型等常规的方式）。连接片14上开设有与第一凹槽11处于同一直线上的第二凹槽（图中未标注），使得第一套管3可以通过胶水固定在第二凹槽内，这样能够增加应变计的抗拉强度，提高施工简易性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。