一种桥梁工程用光纤光栅压力环传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤光栅压力环传感器，具体为一种桥梁工程用光纤光栅压力环传感器，属于光纤光栅传感器综合应用技术及拉索压力测量领域。

背景技术：

目前，国内外索力在线监测主要采用磁传感器，但此种方法精度不高，且器件容易受干扰；而拉索、吊索，系杆长度长，使用期限长，传统的电学量传感设备组成的长期监测系统性能稳定性、耐久性和分布范围都不能很好地满足实际工程需要。

作为20世纪测试领域的重大发明，光纤光栅传感技术得到了快速发展，并已经成为诸多领域的前沿研究与应用方向，但仍需相关技术的突破。光纤光栅传感器的优点主表现为：耐久性好，适于长期监测；无火花，适于特殊监测领域；既可以实现点测量，也可以实现准分布式测量；测量动态范围只受光源谱宽的限制，不存在多值函数问题；检出量是波长信息，因此受接头损耗等因素的影响小；对环境干扰不敏感，抗电磁干扰；波长编码，可以方便实现绝对测量等。正是这些特点，光纤光栅传感技术在索力测试中有着突出的优点，然而其在实际工程的应用中，尚存在许多十分困难的问题。

虽然光纤光栅智能拉索精度较高，但是制作工艺较为复杂，其中最大问题是光纤光栅如何与现有拉索的制造工艺相适应，

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种桥梁工程用光纤光栅压力环传感器。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型提供一种桥梁工程用光纤光栅压力环传感器，包括金属固定柱，以及设置在金属固定柱内的若干压力环，压力环顶部设置有放置压变传感器的槽体，压变传感器两端通过光纤光栅连接至堵头处，通过堵头处密封连接至外部仪器仪表，在堵头处主要用于金属固定柱上用于检测压力变化的光纤光栅集中处理在一起，并通过堵头对其进行密封处理。

作为本实用新型的一种优选技术方案，压变传感器所在的槽体顶部设置有配套的外罩，外罩通过固定螺钉固定连接在压力环上，外罩将应变传感器固定在压力环内槽中，免受外界变化。

作为本实用新型的一种优选技术方案，光纤光栅沿圆周方向或母线方向刚性粘贴在压力环，光纤光栅由于本身性质，比较轻脆，直接将其固定安装在压力环上，当压力环收到外部压力变化时，光纤光栅首先感知压力的变化，从而改变光纤光栅接受的中心波长发生变化。

本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型主要采用压力环配合光纤光栅可制作成光纤光栅压力环索力传感器，具有精度高，长期可靠，方便对缆索进行局部和整体的监测等特点，该方法为非接触法，传感器传输功率大、信号强、结构简单、使用寿命长、过载能力强、适合于静态和动态索力测量，可以做到全天候适时采样，桥索表面的防腐层和保护塑料套管对测量结果无影响，并且还可以测试钢索的腐蚀情况。但该方法的测量结果与磁路结构密切相关，上述结果只适合在建桥，对成桥现场绕线，现场标定和温度补偿都困难。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型光纤光栅压力环传感器内部结构示意图；

图中标号：1、金属固定柱；2、压力环；3、外罩；4、应变传感器；5、堵头；6、固定螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：如图1所示，本实用新型提供一种桥梁工程用光纤光栅压力环传感器，包括金属固定柱1，以及设置在金属固定柱1内的若干压力环2，压力环2顶部设置有放置压变传感器4的槽体，压变传感器4两端通过光纤光栅连接至堵头5处，光纤光栅沿圆周方向或母线方向刚性粘贴在压力环2；通过堵头5处密封连接至外部仪器仪表；压变传感器4所在的槽体顶部设置有配套的外罩3，外罩3通过固定螺钉6固定连接在压力环2上。

工作原理：

现在国内桥梁拉索采用冷铸墩头锚拉索，其索体由若干直径相同的钢丝同心扭绞，外包覆聚乙烯护套制成，锚杯内填充由环氧树脂、锌粉和铸钢丸等组成的环氧砂浆。将钢丝与同直径的金属固定柱1在拉索制作时植入索体，金属固定柱1的两端通过锚杯内的环氧砂浆固定，与索体保持协调变形，形成光纤光栅智能拉索；在金属固定柱上分布若干压力环2，在压力环2内部设置有可检测拉索压力的应变传感器，应变传感器和仪器仪表之间通光纤光栅固定连接，仪器仪表会一直向光纤光栅发送相同的宽带波，当应变传感器上的光纤光栅会有特定的中心波长，当光纤光栅接受到相同的信号波长，会向仪器仪表发送该波长，但是一旦拉索受到外界的压力时，压力环2感知到压力变化，应变传感器4内的光纤光栅迅速收到压力变化形成一定的形变，未粘贴部分的光纤光栅形变恢复，其中心反射波长不变；而粘贴在应变传感器4上的形变不能及时恢复，从而导致了这部分光纤光栅的中心反射波长改变，因此在这个光纤光栅会出现两个不通反射峰出现在仪表上，通过测量这2个反射峰的波长漂移可以压力应变值；这样的光纤光栅传感器感知拉索应力，从而得到索力，并可以直接进行损伤分析，具有量程大、整体成本低、系统集成容易、整体损伤与局部损伤同时监测等优点

压力环2安装方法：

(1)压力环2装前检查：首先，请仔细阅读压力环2、解调仪说明书，了解压力环具体参数，熟悉测试议使用操作；再将压力环2与解调仪连接，进行读数，检测压力环是否工作正常。此时测试仪显示屏应显示“温度”、“应变”。检查压力环光缆长度、压力环数量、以及光缆是否有破损，确定压力环在运输过程中是否受损或丢失。

(2)压力环2安装时间：待预应力锚索装好，索孔注好浆且水泥浆完全固结，并达到要求强度时，选择无雨雪天气进行安装。

(3)布点：根据实验设计测试要求，选定结构及测点。

(4)安装前准备工作：根据测点位置，选择适当光缆长度压力环2，运至现场。准备好千斤顶、锚具、PVC钢丝软管、解调议。

(5)安装：安装时，压力环2受力面应与待测点压向力方向一致。先将压力环2安装金属固定柱1，钢绞线或锚索从锚索计中心孔穿过，锚索计置于金属固定柱1之间，放置平稳。如发现几何偏心过大即时予以调整。锚索计安装定位后应及时调零，读取初值。记录好压力环编号。

(6)光缆保护：将压力环光缆用PVC钢丝软管进行保护，挖槽顺延边坡引入观测箱内。在压力环光缆布置位置作好标示牌，进行标示。并派专人负责看管，以防光缆因后期施工而破坏。

(7)按测试要求进行测量。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。