专利名称：一种双层弓形微应变敏感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种双层弓形微应变敏感器。
背景技术：
在利用长周期光纤光栅LPre来进行高温压力管道检测技时，遇到管道表面应变 量较小，测量精度和可靠性不高的问题。为此必须设计一个专门的光纤光栅敏感结构，该敏 感结构保证LPre对高温管道外壁能进行可靠检测。高温管道应变测量常用结构是高温电阻应变片，一体式光纤光栅传感器，以及分 体式光栅应变片等等。市场上有高温电阻应变片销售，种类也比较多，以GHP-550该型号应变片为例，其 是由直径0. 02mm的特殊金属丝等材料制成，随着温度的上升，金属丝的电阻值会上升(或 下降)。每个高温应变片都有不同的热输出值，测试前必须经过实验室标定，而被测管道的 应变也是通过应变片的电阻应变仪显示出来，因此，必须先将两者的变化值区分出来，以求 得精确的机械应变值。然后进行高温应变测量的数据修正导线电阻修正，热输出修正，灵 敏系数修正等。再利用弹性理论的公式由记录的应变值计算出不同参数时的应力水平。但 该方法存在测试操作过程复杂、需循环多次测量比较、理论公式计算繁琐等缺点。一体式光纤光栅传感器在安装时多采用直接粘贴于被测表面的方法，也有将光纤 光栅事先封装于弹性金属基底后再粘贴于被测表面或直接埋入被测结构的方法。这些光纤 光栅结构采用一体化设计方法，即传感用的敏感光栅与信号传输用的传导光纤利用同一根 光纤制作。可见一体式光栅只是直接利用敏感光栅，测量精度和可靠性主要取决于敏感光 栅的应变敏感特性。分体式光纤光栅应变片，测量用的敏感光栅和信号传输用的传导光纤分别封装在 敏感体和连接中，两者相互独立，使用时则通过机械插接方式构成一个整体。分体式应变片 同样只是直接利用敏感光栅，测量精度和可靠性主要取决于敏感光栅的应变敏感特性。因此设计一个更有效的高温压力管道应变敏感结构具有很大的实用意义。国内一 些大学、科研院所及公司对高温压力管道应变敏感测量技术也进行过较长时间的研究，但 尚未见到采用双层弓形弹性敏感金属片结构的报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种双层弓形微应变敏感器。本发明解决技术问题所采取的技术方案为一种双层弓形微应变敏感器包括上金属片、下金属片，前固定块、后固定块、长周 期光纤光栅和光纤。上金属片和下金属片均为弓形片状，上金属片的长度大于下金属片的长度，上金 属片的一端、下金属片的一端连接并固定设置在前固定块上，上金属片的另一端与下金属 片的另一端连接并固定设置在后固定块上，上金属片与下金属片之间形成月牙形空隙。长周期光纤光栅的一端固定设置在上金属片的居中位置，长周期光纤光栅的另一端固定设置 在下金属片的居中位置。长周期光纤光栅位于月牙形空间内。长周期光纤光栅的两端分别 与光纤连接。本发明相对于现有技术具有以下优点本发明采用弓形弹性敏感金属片作为应变敏感材料，因此管道产生的微应变直接 体现在金属片相应的物理变形上；本发明采用双层金属片结构，巧妙地利用同一管道的微应变产生的相对变形来拉 伸或压缩光纤光栅；本发明利用光纤光栅应变传感技术，来传输两金属片的相对形变。
图1为本发明的结构示意图；
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步描述如图1所示，一种双层弓形微应变敏感器包括上金属片3、下金属片4，前固定块7、 后固定块5、长周期光纤光栅8和光纤2。上金属片和下金属片为弹性敏感金属片，能感应 微小的形变。上金属片3和下金属片4均为弓形片状，上金属片3的长度大于下金属片4的长 度，保证上金属片3与下金属片4之间形成一定空隙。上金属片3的一端、下金属片4的一 端连接并固定设置在前固定块7上，上金属片3的另一端与下金属片4的另一端连接并固 定设置在后固定块5上，上金属片3与下金属片4之间形成月牙形空隙。长周期光纤光栅8 的一端固定设置在上金属片3的居中位置，长周期光纤光栅8的另一端固定设置在下金属 片4的居中位置。长周期光纤光栅8位于月牙形空间内。长周期光纤光栅8的两端分别与 光纤2连接。本发明的具体工作过程为在使用过程中，长周期光纤光栅8的一端通过光纤2连 接到光源1，另一端通过光纤2连接到探测器6上，然后将前固定块7和后固定块5分别焊 接到被测的管道上，当被测管道产生变形时，上金属片3和下金属片4产生相应的变形，从 而使得长周期光纤光栅8产生相应的变形，最终导致输出的光信号发生变化。因此，通过探 测输出的光信号，就可以推导出被测管道所产生的微应变的大小。
权利要求
一种双层弓形微应变敏感器，包括上金属片、下金属片，前固定块、后固定块、长周期光纤光栅和光纤，其特征在于上金属片和下金属片均为弓形片状，上金属片的长度大于下金属片的长度，上金属片的一端、下金属片的一端连接并固定设置在前固定块上，上金属片的另一端与下金属片的另一端连接并固定设置在后固定块上，上金属片与下金属片之间形成月牙形空隙；长周期光纤光栅的一端固定设置在上金属片的居中位置，长周期光纤光栅的另一端固定设置在下金属片的居中位置；长周期光纤光栅位于月牙形空间内；长周期光纤光栅的两端分别与光纤连接。
全文摘要
本发明涉及一种双层弓形微应变敏感器。高温管道应变测量常用结构是高温电阻应变片，但测量精度不高。本发明包括上金属片、下金属片，前固定块、后固定块、长周期光纤光栅和光纤。上金属片和下金属片均为弓形片状，上金属片的长度大于下金属片的长度，上金属片的一端、下金属片的一端连接并固定设置在前固定块上，上金属片的另一端与下金属片的另一端连接并固定设置在后固定块上。长周期光纤光栅的一端固定设置在上金属片的居中位置，另一端固定设置在下金属片的居中位置。长周期光纤光栅位于月牙形空间内。长周期光纤光栅的两端分别与光纤连接。本发明采用弓形弹性敏感金属片作为应变敏感材料，测量精度高。
文档编号G01B11/16GK101806584SQ201010151759
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者冯桂兰, 刘月明, 刘涛, 楼俊, 田维坚, 陈慧芳, 黄昌清 申请人:中国计量学院