一种光纤应变传感结构体的制作方法
【专利摘要】一种光纤应变传感结构体，由光纤固定杆-A、弹性梁、光纤光栅和光纤固定杆-B构成，其中，弹性梁由装配螺纹杆-A、圆环链状结构体、中心孔、装配螺纹杆-B四部分组成。光纤固定杆-A和光纤固定杆-B分别与弹性梁机械连接，而光纤光栅两端的尾纤分别固定在光纤固定杆-A和光纤固定杆-B上，并处于张紧状态。这样，待测应变发生变化时，即装配螺纹杆-A和装配螺纹杆-B之间发生相对微位移时，使光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可计算得到待测应变的变化信息。本发明通过对弹性梁采用一种圆环链状结构体，使传感器的刚度可调节，使其在应变测量领域中的应用更为广泛。
【专利说明】一种光纤应变传感结构体
【技术领域】:
[0001]本发明涉及土木工程领域和光纤传感【技术领域】，特别涉及一种基于圆环链状的光纤应变传感结构体。
【背景技术】:
[0002]由于光纤光栅具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗雷击、波长直接绝对编码、不受光功率波动影响、长期可靠性和稳定性好、具有波分复用能力以及能在易燃易爆环境中应用等诸多优点，所以光纤光栅应变传感技术的应用研究受到了科研工作者和工程技术人员的极大关注，并已经成功研制出了多种光纤光栅应变传感器。
[0003]然而，遗憾的是有些光纤光栅应变传感器的应用场合受到很大的局限，例如:有的可以应用在钢结构或者混凝土表面进行应变测量，却不能埋入到混凝土内部进行应变测量；而有的可以在混凝土内部进行应变测量，却因弹性体刚度较大而不能应用在刚度较小的结构体(例如:浙青)内部进行应变测量。
【发明内容】
:
[0004]本发明针对现有技术的不足，提供一种新颖的、基于圆环链状弹性梁结构的、刚度可调节的光纤应变传感结构体，来解决现有技术中光纤光栅应变传感器应用场合不够广泛的技术问题。
[0005]本发明所述的这种光纤应变传感结构体，由一个光纤固定杆-A、一个弹性梁、一个光纤光栅和一个光纤固定杆-B构成。其中，所述的弹性梁是利用现有机械加工技术加工而成的一种圆环链状弹性结构体，由数目大于等于I的圆环状结构依次连接一起，包括装配螺纹杆-A、圆环链状结构体、中心孔、装配螺纹杆-B四部分组成。所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B与所述的弹性梁可以通过螺纹进行机械连接，也可以通过电焊接、氩弧焊接、激光焊接等现有技术焊接在一起；所述的光纤光栅两端的尾纤分别固定在所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B上，所述的光纤光栅固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整。
[0006]本发明的工作原理是待测应变发生变化时，即所述的装配螺纹杆-A和所述的装配螺纹杆-B之间发生相对微位移时，使所述的光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅中心反射波长的移动量，即可计算得到待测应变的变化信息。
[0007]本发明所述的这种光纤应变传感结构体制作的基本操作步骤如下:1)将所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B分别通过螺纹固定在所述的弹性梁两端的所述的装配螺纹杆-A和所述的装配螺纹杆-B上；2)将所述的光纤光栅一端的尾纤穿过所述的弹性梁的中心孔，并将所述的光纤光栅放置在所述的弹性梁的中间位置；3)将所述的光纤光栅一端的尾纤通过胶粘、激光焊接、玻璃粉封接等现有技术固定在所述的光纤固定杆-A上；4)对所述的光纤光栅进行预拉伸后，将所述的光纤光栅另一端的尾纤利用现有技术固定在所述的光纤固定杆-B上。
[0008]作为对本发明的改进，所述的弹性梁的材质可以是不锈钢、或者碳钢、或者弹性合金、或者铜的一种。
[0009]作为对本发明的改进，所述的圆环链状结构体的圆环数目可以是I个、或者2个、或者多个(一般小于10个)，通过改变圆环结构数目，可以调整所述的弹性梁的刚度。
[0010]作为对本发明的改进，通过改变所述的圆环链状结构体的圆环尺寸参数(例如:厚度)，可以调整所述的弹性梁的刚度。
[0011]作为对本发明的改进，所述的圆环链状结构体的圆环形状可以由方框替代。
[0012]作为对本发明的改进，所述的光纤光栅可以由光纤F-P腔、或者钢弦替代。
[0013]作为对本发明的改进，所述的这种光纤光栅应变结构体通过加装安装杆或者导向环，分别可以组装成表面安装式光纤光栅应变传感器或者埋入式光纤光栅应变传感器。
[0014]本发明和已有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明提供了一种新颖的、基于圆环链状弹性梁结构的光纤应变传感结构体，通过调整链环结构中圆环的数目、或者尺寸参数可以对弹性梁的刚度进行调节，这样使其在应变测量过程中具有如下优势:
[0015]1.在钢结构或者混凝土表面安装方式中，通过将所述的弹性梁的刚度减小，使应变传感器所要求的测量力相应的减小，进而可以大大降低对传感器安装底座的要求，大大简化了传感器的安装方式；
[0016]2.在混凝土直埋安装方式中，可以通过调整所述的弹性梁的刚度，使之与混凝土刚度匹配，既不会因刚度太小，在混凝土浇筑过程中损坏，也不会因刚度太大，影响混凝土应变测量精度。
【专利附图】
【附图说明】:
[0017]图1为本发明的一种光纤应变传感结构体结构意图
[0018]图中，1-光纤固定杆-A ；2-弹性梁；3_光纤光栅；4_光纤固定杆-B ；
[0019]图2为本发明的一种圆环链状弹性梁结构示意图
[0020]图中，2.1-装配螺纹杆-A ；2.2-圆环链状结构体；2.3_中心孔；2.4_装配螺纹杆_B
[0021]图3为本发明的一种方框链状弹性梁结构示意图；
[0022]图中，2.5-装配螺纹杆-A ；2.6_方框链状结构体；2.7_中心孔；2.8_装配螺纹杆-B。
【具体实施方式】:
[0023]下面结合图1和图2对本发明具体实施作详细说明:
[0024]本发明所述的这种光纤应变传感结构体，由一个光纤固定杆-Al、一个弹性梁2、一个光纤光栅3和一个光纤固定杆-B4构成。其中，所述的弹性梁2是利用现有机械加工技术加工而成的一种圆环链状弹性结构体，由数目大于等于I的圆环状结构依次连接一起，包括装配螺纹杆-A2.1、圆环链状结构体2.2、中心孔2.3、装配螺纹杆-B2.4四部分组成；所述的光纤固定杆-Al和所述的光纤固定杆-B4分别通过螺纹与所述的弹性梁2进行机械连接；所述的光纤光栅3两端的尾纤分别固定在所述的光纤固定杆-Al和所述的光纤固定杆-B4上，所述的光纤光栅3固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整。
[0025]具体地，本实施例的制作过程是:
[0026]I)将所述的光纤固定杆-Al和所述的光纤固定杆-B4分别通过螺纹固定在所述的弹性梁2两端的所述的装配螺纹杆-A2.1和所述的装配螺纹杆-B2.4上；
[0027]2)将所述的光纤光栅3 —端的尾纤穿过所述的弹性梁2的所述中心孔2.3，并将所述的光纤光栅3放置在所述的弹性梁2的中间位置；
[0028]3)将所述的光纤光栅3 —端的尾纤通过现有技术固定在所述的光纤固定杆-Al上；
[0029]4)对所述的光纤光栅3进行预拉伸后，将所述的光纤光栅3另一端的尾纤利用现有技术固定在所述的光纤固定杆-B4上，其预拉伸量可以根据需要调整。
[0030]本发明的实施例的工作过程是:
[0031]当将本发明所述的光纤应变传感结构体的两个所述的装配螺纹杆-A2.1和装配螺纹杆-B2.4通过现有技术固定在待测物体上时，待测物体的形变带动两个所述的装配螺纹杆-A2.1和所述的装配螺纹杆-B2.4产生相对位移，使所述的光纤光栅3受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅3的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅3的中心反射波长的移动量，即可计算得到待测物体应变的变化信息。
[0032]以上所述仅为本发明的较佳实施例之一，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光纤应变传感结构体，由一个光纤固定杆-A、一个弹性梁、一个光纤光栅和一个光纤固定杆-B构成，其特征在于: 所述的弹性梁是利用现有机械加工技术加工而成的一种圆环链状弹性结构体，由数目大于等于I的圆环状结构依次连接一起，包括装配螺纹杆-A、圆环链状结构体、中心孔、装配螺纹杆-B四部分组成； 所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B与所述的弹性梁通过螺纹进行机械连接在一起，或者通过现有焊接技术焊接固定在一起； 所述的光纤光栅两端的尾纤分别固定在所述的光纤固定杆-A和所述的光纤固定杆-B上，所述的光纤光栅固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整； 这样，待测应变发生变化时，即所述的装配螺纹杆-A和所述的装配螺纹杆-B之间发生相对微位移时，使所述的光纤光栅受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅的中心反射波长的移动量，即可计算得到待测应变的变化信息。
2.如权利要求1所述的光纤应变传感结构体，其进一步特征在于:所述的弹性梁的材质可以是不锈钢、或者碳钢、或者弹性合金、或者铜的一种。
3.如权利要求1所述的光纤应变传感结构体，其进一步特征在于:所述的圆环链状结构体的圆环数目可以是I个、或者2个、或者多个(一般小于10个)，通过改变圆环结构数目，可以调整所述的弹性梁的刚度。
4.如权利要求1所述的光纤应变传感结构体，其进一步特征在于:通过改变所述的圆环链状结构体的圆环的尺寸参数，可以调整所述的弹性梁的刚度。
5.如权利要求1所述的光纤应变传感结构体，其进一步特征在于:所述的圆环链状结构体的圆环形状可以由方框替代。
6.如权利要求1所述的光纤应变传感结构体，其进一步特征在于:所述的光纤光栅，可以由光纤F-P腔替代。
【文档编号】G01B11/16GK104034274SQ201310067117
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月4日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】赵恩国 申请人:赵恩国