專利名稱：一種光纖光柵應(yīng)變傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光纖光柵應(yīng)變傳感器。
背景技術(shù)：
光纖光柵是一種在光纖通信、光纖傳感及光信息處理領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的無源光纖器件?；诠饫w光柵的傳感器具有抗電磁干擾、體積小、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，能夠在土木、石油化工等惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測量。應(yīng)變測量是監(jiān)測橋梁、大壩等大型工程健康、 安全的重要手段。近年來，基于光纖光柵的應(yīng)變傳感器發(fā)展迅速。對光纖光柵進(jìn)行封裝是提高傳感器性能和保護(hù)光纖光柵有效手段。研究人員將光纖光柵直接粘貼于金屬材料上，通過金屬材料將應(yīng)變傳遞給光纖光柵，引起光纖光柵波長的漂移，但是金屬材料的形變有限，導(dǎo)致傳感器的測量范圍較小。另外，在中國實(shí)用新型專利公告號為CN202083359提供的方案中，將光纖光柵黏貼在懸臂梁上，通過拉桿將應(yīng)變傳遞到懸臂梁，進(jìn)而使光纖光柵波長漂移，此方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變傳感，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多重力的傳遞，誤差較大，導(dǎo)致傳感器的性能不穩(wěn)定，且安裝過程復(fù)雜，給現(xiàn)場施工帶來困難。本發(fā)明利用彈性應(yīng)變片對光纖光柵進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍大、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵應(yīng)變傳感器測量范圍小、安裝復(fù)雜的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍大、安裝方便的光纖光柵應(yīng)變傳感器。本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案—種光纖光柵應(yīng)變傳感器包括彈性應(yīng)變片、光纖光柵、鎧裝護(hù)套和附屬裝置。彈性應(yīng)變片有縱向軸且沿縱向軸對稱，包括一對對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)、連接U型梁彈性結(jié)構(gòu)的平板、位于彈性應(yīng)變片縱軸線上用于放置光纖光柵的細(xì)槽、位于細(xì)槽兩端用于穿過尾纖的一對矩形孔、溫度補(bǔ)償裝置、固定裝置和鎧裝護(hù)套固定裝置；固定裝置包括兩組固定點(diǎn)，第一組固定點(diǎn)為在縱向上位于U型梁彈性結(jié)構(gòu)兩側(cè)的兩對半圓矩形槽或安裝孔，每對固定點(diǎn)之間的連線都與縱向軸垂直，第二組固定點(diǎn)為位于彈性應(yīng)變片兩端的帶有半圓矩形槽或安裝孔的彈性結(jié)構(gòu)，它們同樣成對出現(xiàn)，每對固定點(diǎn)之間的連線都與縱向軸垂直；鎧裝護(hù)套固定裝置分布于縱向軸，包括在帶有半圓矩形槽彈性結(jié)構(gòu)之間的矩形孔、帶有圓孔的半圓矩形槽和位于彈性應(yīng)變片兩端帶圓孔的平板；在對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的第二組固定點(diǎn)之間的溫度補(bǔ)償裝置為一邊與彈性應(yīng)變片連接的矩形；所述彈性應(yīng)變片的U型梁彈性結(jié)構(gòu)、平板、細(xì)槽、穿過尾纖的矩形孔、溫度補(bǔ)償裝置、固定裝置和鎧裝護(hù)套固定裝置為一體式結(jié)構(gòu)；將光纖光柵置于細(xì)槽內(nèi)，其兩端利用玻璃焊料通過點(diǎn)焊的方式固定于相應(yīng)的位置，其尾纖穿過矩形孔之后位于彈性應(yīng)變片的另一面，然后利用鎧裝護(hù)套鎧裝；將鎧裝護(hù)套一定長度的塑料剝離，未剝離的一端置于矩形孔內(nèi)卡牢，剝離的一段利用穿過半圓矩形槽內(nèi)圓孔的細(xì)鐵絲箍緊固定，將帶圓孔的平板垂直于彈性應(yīng)變片，然后將未剝離的另一端穿過平板上的圓孔且利用圓孔將其卡牢固定；附屬裝置為帶有圓孔的兩個(gè)金屬塊，在第一組固定點(diǎn)和第二組固定點(diǎn)處通過點(diǎn)焊或螺絲將彈性應(yīng)變片固定于金屬塊，然后利用焊接或螺絲將固定弾性應(yīng)變片的金屬塊固定于待測物體上；弾性應(yīng)變片、光纖光柵、鎧裝護(hù)套和附屬裝置構(gòu)成光纖光柵應(yīng)變傳感器。本發(fā)明所具有的有益效果為I、對稱式U型梁弾性結(jié)構(gòu)在加載應(yīng)變后，易發(fā)生彈性形變，増大了傳感器的測量范圍。2、光纖光柵利用玻璃焊料焊接于 彈性應(yīng)變片，焊點(diǎn)小且焊接牢固，不易脫落，使傳感器能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。3、光纖穿過矩形孔使尾纖和光纖光柵分別處于弾性應(yīng)變片的兩面，這樣光纖光柵應(yīng)變傳感器固定于待測物體之后，光纖光柵在待測物體和弾性應(yīng)變片之間，而非暴露于外界，進(jìn)而有效保護(hù)光纖光柵。4、該傳感器通過第一組固定點(diǎn)和第二組固定點(diǎn)將彈性應(yīng)變片固定于待測物體，第ー組固定點(diǎn)即U型梁彈性結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半圓矩形槽或安裝孔，將彈性應(yīng)變片固定于待測物體，這樣應(yīng)變即可加載于彈性應(yīng)變片，進(jìn)而引起光纖光柵波長漂移；第二組固定點(diǎn)為彈性結(jié)構(gòu)中的半圓矩形槽或安裝孔，固定于待測物體之后彈性應(yīng)變片更加緊貼于待測物體，并且彈性結(jié)構(gòu)可以消除第一組固定點(diǎn)和第二組固定點(diǎn)之間應(yīng)變對傳感器的干擾。5、在鎧裝護(hù)套固定裝置中，設(shè)計(jì)三種結(jié)構(gòu)將鎧裝護(hù)套完全固定于彈性應(yīng)變片而不出現(xiàn)滑動(dòng)。6、光纖光柵固定于彈性應(yīng)變片之前進(jìn)行預(yù)張拉，這樣光纖光柵應(yīng)變傳感器可測量待測物體的正負(fù)應(yīng)變。7、在弾性應(yīng)變片上設(shè)計(jì)了細(xì)槽使光纖光柵、玻璃焊料和細(xì)鐵絲置于彈性應(yīng)變片內(nèi)，而非暴露于外，不僅對光纖光柵、玻璃焊料和細(xì)鐵絲形成有效保護(hù)，而且保證了彈性應(yīng)變片的平整性。8、通過附屬裝置將彈性應(yīng)變片固定于待測物體，降低了安裝難度，提高了安裝成功率。從上述發(fā)明提供的技術(shù)方案中可以看出，本發(fā)明提供的光纖光柵應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償裝置，但溫度補(bǔ)償裝置的細(xì)槽內(nèi)必須焊接有光纖光柵才具有溫度補(bǔ)償功能。另外本發(fā)明可簡化設(shè)計(jì)，去除溫度補(bǔ)償裝置，同樣可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測量。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的正面。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的反面。圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的縱視圖。圖4為本發(fā)明鎧裝護(hù)套的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明附屬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明中帶有安裝孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅作舉例，使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)變得更加清楚和容易理解。如圖1，2，3，4和5所示，提出的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器包括弾性應(yīng)變片I、光纖光柵11和12、鎧裝護(hù)套14和附屬裝置15。弾性應(yīng)變片I有縱向軸且沿縱向軸對稱，包括一對對稱式U型梁弾性結(jié)構(gòu)5、連接U型梁弾性結(jié)構(gòu)5的平板10、位于彈性應(yīng)變片I縱軸線上用于放置光纖光柵11和12的細(xì)槽13、位于細(xì)槽13兩端用于穿過尾纖的ー對矩形孔6、溫度補(bǔ)償裝置9、固定裝置7，8、鎧裝護(hù)套固定裝置2，3，4;固定裝置包括兩組固定點(diǎn)，第一組固定點(diǎn)7為在縱向上位于U型梁弾性結(jié)構(gòu)5兩側(cè)的兩對半圓矩形槽或安裝孔，每對固定點(diǎn)之間的連線都與縱向軸垂直，第二組固定點(diǎn)8為位于弾性應(yīng)變片I兩端的帶有半圓矩形槽或安裝孔的彈性結(jié)構(gòu)，它們同樣成對出現(xiàn)，每 對固定點(diǎn)之間的連線都與縱向軸垂直；鎧裝護(hù)套固定裝置2，3，4分布于縱軸線上，包括在帶有半圓矩形槽彈性結(jié)構(gòu)8之間的矩形孔4、帶有圓孔的半圓矩形槽3和位于彈性應(yīng)變片兩端帶圓孔的平板2 ;在對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)5和相應(yīng)的第二組固定點(diǎn)8之間的溫度補(bǔ)償裝置9為ー邊與弾性應(yīng)變片I連接的矩形；所述彈性應(yīng)變片I的U型梁弾性結(jié)構(gòu)5、平板10、細(xì)槽13、穿過光纖光柵的矩形孔6、溫度補(bǔ)償裝置9、固定裝置7，8、鎧裝護(hù)套固定裝置2，3，4為一體式結(jié)構(gòu)；將光纖光柵11，12置于細(xì)槽13內(nèi)，其兩端利用玻璃焊料通過點(diǎn)焊的方式固定于相應(yīng)的位置，其尾纖穿過矩形孔6之后位于彈性應(yīng)變片的另一面，然后利用鎧裝護(hù)套14鎧裝；將鎧裝護(hù)套14一定長度的塑料剝離，未剝離的一段置于矩形孔4內(nèi)卡牢，剝離的一段利用穿過半圓矩形槽內(nèi)圓孔3的細(xì)鐵絲箍緊固定，將平板2垂直于彈性應(yīng)變片1，然后將未剝離的另一段穿過平板2上的圓孔且利用圓孔將其卡牢固定；附屬裝置15為帶有圓孔的兩個(gè)金屬塊，在第一組固定點(diǎn)7和第二組固定點(diǎn)8通過點(diǎn)焊或螺絲將弾性應(yīng)變片I固定于金屬塊，然后利用焊接或螺絲將帶固定彈性應(yīng)變片I的附屬裝置15固定于待測物體上；彈性應(yīng)變片I、光纖光柵11，12、鎧裝護(hù)套14和附屬裝置15構(gòu)成光纖光柵應(yīng)變傳感器。本實(shí)施方式的工作方式為利用焊接或螺絲將帶有彈性應(yīng)變片的金屬塊固定子待測物體上，當(dāng)待測物體發(fā)生應(yīng)變AL/L吋，應(yīng)變即加載于應(yīng)變光柵11，進(jìn)而引起應(yīng)變光柵11反射波長的漂移A A 1，測量出應(yīng)變光柵11的波長漂移量A A I ;由于溫度光柵12和應(yīng)變光柵11處于相同溫度下，溫度變化對二者的影響相同，波長變化量都為△入2，減去溫度對傳感器的影響后即可反求出應(yīng)變AL/L。在本實(shí)施實(shí)例中，弾性應(yīng)變片的尺寸為146X25. 4X0. 8mm，該裝置的靈敏度約為I. lpm/u e，測量范圍為±2500y e。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變測量的關(guān)鍵技術(shù)為I.對稱式U型梁弾性結(jié)構(gòu)在加載應(yīng)變后，易發(fā)生彈性形變，増大了傳感器的測量范圍。2.利用玻璃焊料將光纖光柵點(diǎn)焊固定于彈性應(yīng)變片，焊點(diǎn)小且焊接牢固，不易脫落，使傳感器能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。3.光纖光柵穿過矩形孔，使尾纖和光纖光柵分別處于弾性應(yīng)變片的兩面，這樣彈性應(yīng)變片固定于待測物體之后，光纖光柵在待測物體和弾性應(yīng)變片之間，而非暴露于環(huán)境中，對光纖光柵形成有效保護(hù)。4.彈性結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半圓矩形槽是彈性應(yīng)變片的第一組固定點(diǎn)，在槽內(nèi)通過點(diǎn)焊的方式將彈性應(yīng)變片固定于待測物體，這樣待測物體的應(yīng)變即可加載于彈性應(yīng)變片，進(jìn)而引起光纖光柵波長漂移；彈性結(jié)構(gòu)中的半圓矩形槽是彈性應(yīng)變片的第二組固定點(diǎn)，彈性應(yīng)變片更加緊貼于待測物體，其中的彈性結(jié)構(gòu)可以消除第一組固定點(diǎn)和第二組固定點(diǎn)之間的應(yīng)變對傳感器的干擾。5.將鎧裝護(hù)套的一段塑料剝離，這樣未剝離的部分就形成凸起，與彈性應(yīng)變片的固定裝置配合，使鎧裝護(hù)套與彈性應(yīng)變片緊密結(jié)合，不出現(xiàn)滑動(dòng)。6.鎧裝護(hù)套固定裝置中的矩形孔可以有效卡牢鎧裝護(hù)套前端凸起部分，使鎧裝護(hù)套在彈性應(yīng)變片所在的平面內(nèi)不出現(xiàn)滑動(dòng)；鎧裝護(hù)套固定裝置中帶小孔的圓弧矩形槽，利用穿過小孔的細(xì)鐵絲將鎧裝護(hù)套箍緊；所述垂直 于彈性應(yīng)變片帶圓孔的平板使鎧裝護(hù)套的擺動(dòng)不會(huì)影響與彈性應(yīng)變片固定的部分。7.光纖光柵固定于彈性應(yīng)變片之前進(jìn)行預(yù)張拉，這樣光纖光柵應(yīng)變傳感器可測量待測物體的正負(fù)應(yīng)變。8.彈性應(yīng)變片縱軸線上的細(xì)槽使光纖光柵在彈性應(yīng)變片內(nèi)，對光纖光柵形成有效的保護(hù)。9.彈性應(yīng)變片縱軸線上的細(xì)槽和鎧裝護(hù)套固定裝置中帶小孔的圓弧矩形槽使光纖光柵、玻璃焊料和用于箍緊鎧裝護(hù)套的細(xì)鐵絲處于彈性應(yīng)變片內(nèi)，有效保證了彈性應(yīng)變片的平整性。10.溫度補(bǔ)償裝置的引入可以有效消除溫度對傳感器的干擾。以上所述僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵應(yīng)變傳感器包括彈性應(yīng)變片、光纖光柵、鎧裝護(hù)套和附屬裝置，其特征在于 彈性應(yīng)變片有縱向軸且沿縱向軸對稱，包括一對對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)、連接U型梁彈性結(jié)構(gòu)的平板、位于彈性應(yīng)變片縱軸線上用于放置光纖光柵的細(xì)槽、位于細(xì)槽兩端用于穿過尾纖的一對矩形孔、溫度補(bǔ)償裝置、固定裝置和鎧裝護(hù)套固定裝置；固定裝置包括兩組固定點(diǎn)，第一組固定點(diǎn)為在縱向上位于U型梁彈性結(jié)構(gòu)兩側(cè)的兩對半圓矩形槽或安裝孔，每對固定點(diǎn)之間的連線都與縱向軸垂直，第二組固定點(diǎn)為位于彈性應(yīng)變片兩端的帶有半圓矩形槽或安裝孔的彈性結(jié)構(gòu)，它們同樣成對出現(xiàn)，每對固定點(diǎn)之間的連線都與縱向軸垂直；鎧裝護(hù)套固定裝置分布于縱向軸，包括在帶有半圓矩形槽彈性結(jié)構(gòu)之間的矩形孔、帶有圓孔的半圓矩形槽和位于彈性應(yīng)變片兩端帶圓孔的平板；在對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的第二組固定點(diǎn)之間的溫度補(bǔ)償裝置為一邊與彈性應(yīng)變片連接的矩形；所述彈性應(yīng)變片的U型梁彈性結(jié)構(gòu)、平板、細(xì)槽、穿過尾纖的矩形孔、溫度補(bǔ)償裝置、固定裝置和鎧裝護(hù)套固定裝置為一體式結(jié)構(gòu)；將光纖光柵置于細(xì)槽內(nèi)，其兩端利用玻璃焊料通過點(diǎn)焊的方式固定于相應(yīng)的位置，其尾纖穿過矩形孔之后位于彈性應(yīng)變片的另一面，然后利用鎧裝護(hù)套鎧裝；將鎧裝護(hù)套一定長度的塑料剝離，未剝離的一端置于矩形孔內(nèi)卡牢，剝離的一段利用穿過半圓矩形槽內(nèi)圓孔的細(xì)鐵絲箍緊固定，將帶圓孔的平板垂直于彈性應(yīng)變片，然后將未剝離的另一端穿過平板上的圓孔且利用圓孔將其卡牢固定；附屬裝置為帶有圓孔的兩個(gè)金屬塊，在第一組固定點(diǎn)和第二組固定點(diǎn)處通過點(diǎn)焊或螺絲將彈性應(yīng)變片固定于金屬塊，然后利用焊接或螺絲將固定彈性應(yīng)變片的金屬塊固定于待測物體上；彈性應(yīng)變片、光纖光柵、鎧裝護(hù)套和附屬裝置構(gòu)成光纖光柵應(yīng)變傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是光纖光柵的固定方式為利用玻璃焊料點(diǎn)焊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)為沿縱向軸對稱的一對U型梁。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是一對對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)之間有平板連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是一對對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)在光纖光柵的兩個(gè)固定點(diǎn)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是尾纖和光纖光柵分別處于彈性應(yīng)變片的兩面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是光纖光柵固定點(diǎn)在第一組固定點(diǎn)連線的中點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是應(yīng)變片的第二組固定點(diǎn)位于彈性應(yīng)變片兩端的彈性結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是彈性應(yīng)變片的第一組固定點(diǎn)和與之同側(cè)的第二組固定點(diǎn)之間有溫度補(bǔ)償裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征是光纖光柵、玻璃焊料和箍緊鎧裝護(hù)套的細(xì)鐵絲處于彈性應(yīng)變片內(nèi)，而非暴露于彈性應(yīng)變片平面之外。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵應(yīng)變傳感器。彈性應(yīng)變片有縱向軸且沿縱向軸對稱，包括一對對稱式U型梁彈性結(jié)構(gòu)、連接U型梁彈性結(jié)構(gòu)的平板、位于彈性應(yīng)變片縱軸線上用于放置光纖光柵的細(xì)槽、位于細(xì)槽兩端用于穿過尾纖的一對矩形孔、溫度補(bǔ)償裝置、固定裝置和鎧裝護(hù)套固定裝置；將光纖光柵置于細(xì)槽內(nèi)，其兩端利用玻璃焊料通過點(diǎn)焊的方式固定于相應(yīng)的位置，其尾纖穿過矩形孔之后位于彈性應(yīng)變片的另一面，然后利用鎧裝護(hù)套鎧裝；彈性應(yīng)變片、光纖光柵、鎧裝護(hù)套和附屬裝置構(gòu)成光纖光柵應(yīng)變傳感器。本發(fā)明具有一種結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍大、安裝方便，并且能有效消除溫度對傳感器的干擾。
文檔編號G01B11/16GK102853778SQ20121027868
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者陳慶根, 羅宗勝, 王云鵬 申請人:杭州玨光物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司