一种光纤光栅测力环传感器的封装结构和封装方法与流程

1.本发明一种光纤光栅测力环传感器的封装结构和封装方法，属于索力测量、结构安全监测技术领域。


背景技术：

2.缆索由于具有柔性大、抗拉强度高、负载传递距离长等突出优点，现已广泛应用于大跨度桥梁、大型建筑结构和牵引机械等领域，包括斜拉索、客运索道、电梯用钢丝绳以及各种起重设备吊索等形式。钢缆索在使用过程中，受大气环境腐蚀、机械摩擦或疲劳损伤等影响将出现损伤累积；同时由于载荷的不确定性，不可避免地使钢缆索受到各种损伤，导致钢缆索实际承受载荷的能力降低，使得钢缆索有可能因超载而突然发生断裂，造成重大安全事故和经济损失。
3.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。
4.作为21世纪测试领域的重大实用新型，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要表现为：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。例如，封装结构不合理导致测力环测量精度不高，温补设置不到位导致测试结果偏差较大。


技术实现要素：

5.本发明是针对上述现有技术提供一种光纤光栅测力环传感器的封装结构和封装方法，能够解决相应的测力环封装操作复杂、索力监测精确度不高等问题。
6.本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种光纤光栅测力环传感器的封装结构，包括，测力环基座、光纤光栅串、温补端子、保护罩、把手、上垫板、下垫板，所述光纤光栅串沿所述测力环基座的外环面盘绕，光纤光栅串上的串联着多个应变光纤光栅和多个温补光纤光栅，所述保护罩套在所述测力环基座外周以保护所述光纤光栅串使不外露，所述温补端子设置在所述测力环基座的外环面上，温补光纤光栅设置在所述温补端子上，所述把手设置在保护罩外，所述保护罩表面开设有用于引出尾纤的通孔，所述上垫板设置在测力环基座的上端面，所述下垫板设置在测力环基座的下端面，即所述测力环基座被封闭在由所述上垫板、下垫板和保护罩构成的环形保护腔内。
7.可选地，各所述应变光纤光栅沿测力环基座的轴向摆布，多个应变光纤光栅沿测力环基座的外环面周向均匀布置，且多个应变光纤光栅分布在同一圆周上。
8.可选地，各所述温补光纤光栅沿测力环基座的轴向摆布，多个温补光纤光栅沿测力环基座的外环面周向均匀布置，且相邻两个温补光纤光栅分别设置在测力环基座的上环边和下环边。
9.可选地，所述温补端子为t型结构，多个温补端子间隔的贴近测力环基座的上环边和下环边设置，温补光纤光栅粘在所述温补端子上。
10.可选地，应变光纤光栅和温补光纤光栅的数量相同，在光纤光栅串上间隔布置。
11.可选地，所述测力环基座的上端面和下端面分别成型出一圈定位凸台，所述上垫板的下端面和所述下垫板的上端面分别成型出一圈定位凹槽，所述定位凸台对应嵌入所述定位凹槽内。
12.可选地，所述下垫板的下端面成型出一圈突出的槽口，所述槽口与光纤光栅测力环传感器的外部安装孔匹配。
13.可选地，所述把手具有安装凹弧面以吻合所述保护罩的外环面，并在所述安装凹弧面上设置穿管，所述穿管对接所述的通孔，所述把手上设置把手通孔，尾纤经所述通孔穿出保护罩，经穿管进入把手，经把手通孔穿出把手。
14.可选地，所述保护罩和所述测力环基座上对应的设置有定位孔，通过连接件将对应的定位孔连接以实现保护罩与测力环基座的安装。
15.上述封装结构的封装方法：将测力环基座以及温补端子上光纤光栅粘连的部分打磨平整作为胶粘位置，将温补端子均匀分布焊接到测力环基座的环面上，将应变光纤光栅和温补光纤光栅通过粘接剂临时固定于胶粘位置，并对施加预张力，之后给应变光纤光栅和温补光纤光栅处涂上一层与基座材料相匹配的固化胶水，放入温箱中加热固化，
16.固化完成后给尾纤穿上松套管，通过胶水将一端固定到测力环基座上，保护罩套装在测力环基座外，将尾纤从保护罩的通孔穿出，将保护罩与测力环基座安装到位，在接触面涂上密封胶水，在定位孔内拧上定位螺丝，再将尾纤从把手上的把手通孔穿出，把两侧把手安装到保护罩上。
17.与现有技术相比，本发明的优点在于：本技术所设计的封装结构更加合理，易于操作，光纤光栅点数量较多，沿测力环基座圆周均匀分布，传感器精度高，可以更好地计算出真实的受力情况，内置多个温补光纤光栅，更好地进行温度补偿，避免测力环因背阴背阳面的温度差而产生局部应力测量的影响，减小应力测量的偏差。
18.本技术可以通过对消除封装结构对温补光纤光栅的影响，使温补光纤光栅的补偿作用更加精准，减小温度对应变的补偿误差。温补光纤光栅与应变光纤光栅不同，温补光纤光纤不与所述测力环基座接触，可以避免因测力环基座的温差导致的温补光纤光栅的补偿偏差。
附图说明
19.图1为本发明实施例中光纤光栅串在测力环基座上的布置结构图；
20.图2为本发明实施例中光纤光栅测力环传感器的封装结构示意图；
21.图3为本发明实施例中上垫板和下垫板的空间布置图；
22.图4为本发明实施例中把手的结构示意图；
23.图中，测力环基座1、光纤光栅串2、温补端子3、保护罩4、把手5、上垫板6、下垫板7、
应变光纤光栅2.1、温补光纤光栅2.2、穿管8、把手通孔9、槽口701、定位凹槽10、定位凸台11、定位孔12。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对本发明保护范围的限制。
25.本实施例涉及一种光纤光栅测力环传感器的封装结构，包括；测力环基座1、光纤光栅串2、温补端子3、保护罩4、把手5、上垫板6、下垫板7，光纤光栅串2沿测力环基座的外环面蛇形盘绕，光纤光栅串上的串联着6个应变光纤光栅2.1和6个温补光纤光栅2.2，应变光纤光栅2.1和温补光纤光栅2.2在光纤光栅串上间隔布置。应变光纤光栅2.1沿测力环基座1的轴向摆布，6个应变光纤光栅沿测力环基座的外环面周向均匀布置在同一圆周上，相邻两个应变光纤光栅之间的夹角为60
°
。
26.6个温补光纤光栅2.2沿测力环基座的轴向摆布，温补光纤光栅2.2沿测力环基座的外环面周向均匀布置，且相邻两个温补光纤光栅一个贴紧测力环基座1的上环边另一个贴紧测力环基座1的下环边。温补端子3也有6个，分别设置在测力环基座1的外环面上，温补光纤光栅2.2设置在温补端子3上而不与测力环基座1接触。
27.保护罩4套在所述测力环基座1外周以保护光纤光栅串2使不外露，把手5为一对，设置在保护罩4外，保护罩4表面开设有用于引出光纤尾纤的通孔(图中为示出)，上垫板6设置在测力环基座1的上端面，下垫板7设置在测力环基座1的下端面，测力环基座1被封闭在由上垫板6、下垫板7和保护罩4构成的环形保护腔内。
28.温补端子3为t型结构，温补端子3间隔的贴近测力环基座的上环边和下环边设置，温补光纤光栅2.2粘在温补端子3上，由此可以避免或减小因测力环基座的温差给温补光纤光栅的补偿偏差。
29.再来，测力环基座1的上端面和下端面分别成型出一圈定位凸台11，上垫板6的下端面和下垫板7的上端面分别成型出一圈定位凹槽10，定位凸台11对应嵌入定位凹槽10内，实现快速封装。下垫板7的下端面成型出一圈突出的槽口701，槽口701与光纤光栅测力环传感器的外部安装孔匹配，例外，上述封装结构的传感器在用于缆索的应变检测时，前述槽口701应当与缆索锚垫板内孔配合，由此确保缆索、测力环传感器以及锚垫板的对中性。
30.把手5具有安装凹弧面以吻合保护罩的外环面，把手5上设置螺纹孔，保护罩4相应的也设置有与把手的螺纹孔对应的螺纹孔。另外在安装凹弧面上设置一根穿管8，利用穿管8对接上述通孔，把手5上再设置把手通孔9，尾纤经通孔、穿管8穿出保护罩4进入把手5，再经把手5的把手通孔9穿出把手5。保护罩4和测力环基座1上对应的设置有定位孔12，通过螺丝将对应的定位孔锁起来以实现保护罩与测力环基座的安装。
31.将测力环基座1以及温补端子3上光纤光栅胶粘位置预先打磨平整光滑，将温补端子3均匀焊接到测力环基座1上，将各个光纤光栅通过粘接剂临时固定于胶粘位置，并对其施加预张力，之后给光纤光栅处涂上一层与基底材料相匹配的高温固化胶水，放入温箱中进行加热固化。
32.固化完成后给尾纤穿上0.9mm松套管，通过胶水将一端固定到测力环基底1上。保
护罩4往测力环基底1上套装，将尾纤从保护罩的通孔穿出，保护罩安装到位，在接触面上涂上密封胶水，在定位孔拧上螺丝。再将尾纤从两侧把手孔位穿出，把两侧把手通过螺纹孔安装到保护罩上。
33.除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。