夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置的制作方法

本发明涉及光电子测试及结构健康监测装置，具体涉及一种夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置。

背景技术：

混凝土因其坚固耐久、抗压强度高以及良好的可塑性能等优点而备受工程界的青睐，已被广泛应用于各种大型工程。但其抗拉强度低、易开裂，尤其是在大坝、桥梁等大体积混凝土中，裂缝的存在非常普遍。裂缝会降低结构的强度，减少工程的使用寿命，甚至会危及工程的正常运行。加强结构损伤检测、监测，重视损伤识别、诊断，对安全隐患的及时发现、突变事故的科学防范等具有重要意义。对于混凝土坝等大体积混凝土工程来说，其损伤的出现具有时空随机性和隐蔽性特点，给损伤萌生、发展的识别、监测带来了极大的困难。在此背景下，光纤布拉格光栅传感器正成为健康监测领域中的一个研究热点。近年来，一些研究者提出利用长标距光纤布拉格光栅传感器测量结构的宏应变。长标距光纤布拉格光栅传感器有突出的潜在优势，诸如对应力集中不敏感，能够获得结构整体特性，可应用于不同的拓扑结构或网络。然而，脆性光纤与粗放的混凝土施工环境间存在矛盾。管式封装光纤光栅传感器虽然结构简单，但会有应变传递损耗，且无法实现焊接安装，不方便工程应用。夹持式封装的传感器虽然可实现焊接或铆接，但并未解决胶粘剂接触光纤光栅区域造成的多峰值现象。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置，解决应变传递损耗大，易出现信号多峰值现象，不便焊接安装的问题。

技术方案：一种夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置，包括光纤布拉格光栅，其设置在毛细管内部，所述毛细管和光纤布拉格光栅的两端均连接有夹持部件，所述夹持部件中间设置有与光纤布拉格光栅适配的第一卡槽，所述第一卡槽两侧设置有与毛细管适配的第二卡槽，所述光纤布拉格光栅通过单模光纤连接光纤光栅解调仪。

为了实现准分布式传感，所述光纤布拉格光栅包括若干根首尾连接的不同光栅常数的光纤布拉格光栅。

为了使胶粘剂不接触光纤光栅区域，消除信号多峰值现象，所述光纤布拉格光栅与毛细钢管之间通过粘结剂粘结固定。

为了使毛细管有足够的刚度，能经受混凝土中粗骨料的挤压而不发生过大的变形，以保护光纤和保证光纤不受侧向挤压，所述毛细管为毛细钢管。

为了方便拆卸安装，所述夹持部件由两个通过螺栓连接的分体构成。

有益效果：本发明对胶粘剂品质要求不高，有效减小了传感过程中的应变传递损耗，同时存活率高，本发明克服了夹持式封装的缺点，消除了信号的多峰值现象，同时标距可调、可焊接、可铆接，方便使用，可实现准分布式传感。

附图说明

图1是本发明各部件的连接示意图；

图2是本发明毛细钢管与夹持部件部分结构示意图；

图3是本发明夹持部件的结构示意图；

图4是本发明与传统应变传感器的应变-拉伸位移曲线图；

图5是本发明与传统应变传感器的应变-光栅波长变化量曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1-2所示，夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置，包括光纤布拉格光栅1，其设置在毛细钢管2内部，毛细钢管2和光纤布拉格光栅1两端均连接有夹持部件4，光纤布拉格光栅1穿过毛细钢管2，光栅部位中心位于毛细钢管2轴线方向中部，纤布拉格光栅1包括若干根首尾连接的不同光栅常数的光纤布拉格光栅，形成准分布式光纤布拉格光栅，夹持部件4由两个通过螺栓连接的分体构成，光纤布拉格光栅通过单模光纤5连接光纤光栅解调仪6。光纤布拉格光栅与毛细钢管之间通过粘结剂粘结固定粘结剂不得覆盖光纤布拉格光栅部位，夹持部件4与毛细钢管2两端可靠固定，并确保在待传感部件外界拉力作用下与毛细钢管之间无相对滑移。

在使用本发明时，采用焊接或铆接将夹持部件固定于待测部件上，并在相应位置粘贴高精度电阻应变片与裸光纤光栅，然后将待测部件在万能试验机上进行连续拉伸试验，利用光纤光栅解调仪和应变仪同步采集系统同时进行数据采集，分别对应变片、光纤布拉格光栅、基于管式封装的夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置的应变-拉伸位移曲线进行了对比。结果如图4所示，可见三者测量结果基本一致，其应变-拉伸位移曲线基本为线性，表明本发明传感效果较好，结果可靠。

分别对光纤布拉格光栅、基于管式封装的夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置的光栅波长变化量-应变曲线进行了对比。结果如图5所示，可见两者结果基本一致，其光栅波长变化量-应变曲线基本为线性，表明本发明在提高传统光纤布拉格光栅传感器存活率的同时保证了其传感性能。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种夹持式光纤布拉格光栅应变及裂缝传感装置，包括光纤布拉格光栅，其设置在毛细钢管内部，所述毛细钢管两端连接有夹持部件，所述光纤布拉格光栅通过单模光纤连接光纤光栅解调仪。本发明对胶粘剂品质要求不高，有效减小了传感过程中的应变传递损耗，同时存活率高，本发明克服了夹持式封装的缺点，消除了信号的多峰值现象，同时标距可调、可焊接、可铆接，方便使用，可实现准分布式传感。

技术研发人员：苏怀智;贾强强;周枫枫;杨孟
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2018.06.20
技术公布日：2018.10.30