测量拉压应变的长标距同轴多重套管封装光纤光栅传感器的制作方法

本实用新型基于光纤光栅技术，是一种测量拉压应变的长标距同轴多重套管封装光纤光栅传感器，属于光纤传感技术领域。

背景技术：

大型建筑及桥梁在施工及运营过程中，其结构受力状态的监测具有重要意义。光纤布拉格光栅(fiberBragg grating,FBG)传感器是结构健康监测的首选传感器，可以通过光波波长的改变来感知应变和温度的变化，具有很多优点，如精度高、小巧轻便、频带宽、灵敏性好、抗干扰强、传输损耗小，方便分布与准分布式测量，而且维护费用低，适用于长期监测。但是实际工程中的FBG传感器多为点式或短标距传感器，其测量范围小，测量结果不能反映整个结构的受力状态。因此，研发一种性能良好的长标距FBG传感器，用于长期实时监测桥梁或建筑物的应变具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种结构简单，性能稳定、可靠、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀，用于长期实时监测建筑物应变的传感器。

为了实现上述目的，本实用新型解决技术问题的技术方案是：

一种测量拉压应变的长标距同轴多重套管封装光纤光栅传感器，其特征在于，包括裸光纤、光纤光栅、短套管、光纤粘合胶、封装长管、硅橡胶、半硬管、跳线；所述光纤光栅两端与裸光纤连接，在光纤光栅外套设有短套管，将光纤粘合胶注入到短套管内部；所述短套管两端通过光纤粘合胶分别与封装长管连接；封装长管的端部采用硅橡胶密封；裸光纤贯穿封装长管及硅橡胶延伸到封装长管外部。

与现有技术比较，本实用新型具有下列优点和效果：

1.可对大型建筑或桥梁进行全寿命周期监测。

本实用新型通过光纤光栅获取长标距内轴向应变，监测范围大，灵敏度高，抗电磁干扰，耐腐蚀，可实现构件应变的全寿命周期监测。

2.量程大、测量精度可以调节。

由结构设计原理可知，本传感器由于具有长标距，其量程可根据具体要求增加，满足土木工程大型结构测量量程方面的要求。

3.布置方式多样，本实用新型既可直接布置于所需监测部位，亦可以预埋于预制构件中，可提高传感器在施工监测中的存活率。

4.适用范围广，本实用新型体积小且密封，适应环境能力强，不仅应用于建筑，还可以应用于桥梁方面的应变监测。

附图说明

图1为短套管结构示意图。

图2为长标距光纤光栅传感器整体示意图。

图3为光纤与跳线连接示意图。

图4为短套管剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。本实用新型的保护范围不受具体的实例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本实用新型技术方案的前提下，对本实用新型所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本实用新型的权利要求范围之内。

一种基于光纤光栅传感技术的长标距应变传感器，包括裸光纤1、光纤光栅2、短套管3、光纤粘合胶4(采用353ND胶)、封装长管5、硅橡胶6(采用704胶)、聚乙烯透明半硬管7、单模单芯光纤跳线8、连接法兰9；

所述光纤光栅2两端与裸光纤1连接，在光纤光栅2外套设有短套管3，将光纤粘合胶4注入到短套管3内部；

所述短套管3两端通过光纤粘合胶4分别与封装长管5连接；

封装长管5的端部采用硅橡胶6密封；裸光纤1贯穿封装长管5及硅橡胶6延伸到封装长管5外部；

裸光纤1通过聚乙烯透明半硬管7与单模单芯光纤跳线8连接，单模单芯光纤跳线8端部设有连接法兰9。

图1，2，3所示本实用新型用短套管将光栅光纤封装在其中，封装过程中在光学平台上给其预拉力，使传感器既可以测量拉应变，也可以测量压应变。用353ND胶将光纤光栅与短套管固定。短套管两端与长封装套管相连，长套管长度L取决于标距长度，由此标距长度为2L+h。长封装套管与短套管的固定连接同样使用353ND胶，预先将胶涂至长封装套管内部，待加热至有流动性后套入短套管，加热1-2分钟即可。长封装套管两端的封闭处理采用704胶。封装时保持光纤有一定的松弛，这种胶弹性模量小，用其封装两端不会使外部光纤应力传递到内部，以保证光纤光栅测量的准确性。最后将两端伸出的裸光纤与跳线熔接，再将接口套入聚乙烯透明半硬管起保护作用。跳线另一端带有连接法兰，可与解调仪相连。如图4所述。为防止光纤的扰动影响光纤光栅应变变化，在两端封装时应保持两端光纤松弛状态，填缝胶采用704胶。最后，通过聚乙烯透明半硬管将封装光纤光栅传感器与跳线熔接，制作长标距光纤光栅应变传感器。

本实用新型的工作原理：

假设传感器与被测结构粘结良好，无相对位移，详细的公式推导及说明如下：

δ0为小套管光纤光栅部分位移，δ1为两根长套管总位移，ε0，ε1为相应的应变，E0,E1为相应的弹性模量，A0,A1为相应的横截面积

标距两端的总位移δ＝δ0+δ1＝ε0h+2ε1L

套管各点受力相同，因此：

光纤光栅应变为

平均应变

假设：则其中，η称为放大系数。

实际应变即为光纤光栅测得应变ε0与放大系数η的乘积。