本實用新型涉及建筑、橋梁、隧道及道路等土木工程檢(監(jiān))測技術領域，具體說是一種高精度長標距應變傳感器。

背景技術：

建筑、橋梁、隧道等基礎工程設施的設計壽命一般都比較長，然而在使用過程中,隨著交通量不斷地增加、超載、環(huán)境載荷作用、鋼筋腐蝕、凍融損壞、堿集料反應、疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等自然和人為不利因素的影響,工程結構不可避免地產生承載能力下降、抗力衰減、損傷積累、橋梁結構耐久性降低，甚至可能導致災難性事故發(fā)生。我國高速公路等交通基礎設施始建于上世紀90年代，經過20多年的運營，橋梁結構普遍出現(xiàn)混凝土開裂、鋼筋腐蝕、碳化等病害，嚴重影響其安全運營和可持續(xù)性。據不完全統(tǒng)計，我國60多萬座橋梁中，病危橋接近20萬座。

隨著國內外橋梁結構安全事故的頻繁，重要基礎設施的安全性已引起人們的普遍關注。為確保橋梁結構等重要基礎設施的安全運營，應對其進行科學的檢(監(jiān))測，為其維護、管理、決策提供可靠的橋梁狀況數據和安全性評定，保證其正常安全運營。

檢(監(jiān))測技術作為橋梁工程領域的重要組成部分,歷來是國內外學者關注的熱點。近年來，隨著傳感、計算機、信息處理等技術發(fā)展，工程結構的檢(監(jiān))測技術也得到了長足的發(fā)展。從上世紀90年代以來，結構健康監(jiān)測技術作為提高大型土木結構安全性能、使用性能以及防災減災能力的一種重要技術，已引起了世界范圍的廣泛關注。該技術在歐美一些發(fā)達國家研究較廣，且在實際工程中得到廣泛應用。目前，我國的結構健康監(jiān)測技術尚處于研究和試用階段。其中，傳感技術是結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的硬件核心，目前用于土木工程結構健康監(jiān)測的傳感器大多是應變片、正弦式傳感器等，此類技術測量長期穩(wěn)定性低、耐久性差、受干擾影響大，適合機械等小型均質結構的檢測，不能滿足大型土木工程結構的健康監(jiān)測需求。

可見，研發(fā)針對土木工程結構特點的專用傳感技術迫在眉睫。光纖傳感具有穩(wěn)定性好、測量精度高、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、體積小、對環(huán)境使用性強等優(yōu)點，成為科研工作者研究的熱點。但是目前應用在土木結構上的光纖傳感監(jiān)測多以“點”式監(jiān)測為主，不適合大范圍的布設，為了克服“點”式傳感器的在工程應用中瓶頸，長標距光纖光柵傳感器的開發(fā)對結構健康監(jiān)測意義重大。而現(xiàn)有的普通長標距光纖光柵傳感器大多采用整段封裝，靈敏度較低且不可調，使用性差。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種高精度長標距應變傳感器。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種高精度長標距應變傳感器，包括光纖光柵、長條形滑塊和蓋板，所述光纖光柵為中部加工有一段光柵的光纖，所述滑塊的底部設有固定座，所述滑塊上設有條狀直凹槽，所述條狀直凹槽中設有表面粗糙的固定連接光纖的錨固槽，2個所述滑塊為一對，所述蓋板覆蓋在所述滑塊上，2個所述滑塊分別位于所述蓋板的兩端，所述蓋板和滑塊上分別設有用于固定連接所述蓋板和滑塊的條狀固定通孔和螺孔，所述光纖光柵的光柵位于所述滑塊之間，光柵兩端外的光纖固定在所述滑塊的條狀直凹槽中錨固槽中。

本實用新型進一步的設計方案中，固定于所述錨固槽中的光纖為剝除了保護層或涂覆層的光纖。

本實用新型進一步的設計方案中，上述蓋板的兩側還設有覆蓋所述滑塊側邊的側擋板，所述側擋板和所述滑塊側邊分別設有相配合的導軌和滑槽，使所述滑塊可以在所述蓋板上滑動。

本實用新型進一步的設計方案中，該傳感器還包括保護底板，所述保護底板安裝固定在所述滑塊之間的所述蓋板的底面。

本實用新型進一步的設計方案中，位于所述錨固槽外的所述光纖光柵套設有保護軟管。保護軟管可為塑料管、四氟管、毛細鋼管等，其作用是對光纖或光柵進行保護，保護軟管可有效隔絕光、水、氣等對光柵的影響。

本實用新型進一步的設計方案中，還包括安裝底座，所述安裝底座有2個，可通過螺栓分別與2個所述滑塊的固定座底部固定連接。

本實用新型進一步的設計方案中，上述長條形滑塊、蓋板、保護底板和安裝底座為金屬件、合金件、塑料件或其他材質件?？紤]到耐用性以及輕便性，上述長條形滑塊、蓋板、保護底板和安裝底座為合金航空鋁材料制成，以合金航空鋁最佳。

本實用新型具有以下突出的有益效果：

與普通光纖光柵應變傳感器相比，本實用新型靈敏度較高，且可以通過改變滑塊的長度或者光纖的錨固長度來調整傳感器的靈敏度，可以制作出不同規(guī)格、不同靈敏度的光纖光柵傳感器。且本實用新型的穩(wěn)定性、耐久性以及傳感器本身的牢固程度高，安裝與拆卸方便，可以對傳感器進行重復利用，可用于工程結構的檢測和長期監(jiān)測，適合在工程上推廣應用。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中高精度長標距應變傳感器的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例中光纖光柵安裝示意圖；

圖3是本實用新型實施例中長條形滑塊主視圖；

圖4為本實用新型實施例中長條形滑塊左視圖；

圖5為本實用新型實施例中蓋板主視圖；

圖6為本實用新型實施例中蓋板左視圖；

圖中，1-光纖光柵，2-長條形滑塊，3-蓋板，4-光柵，5-固定座，6-錨固槽，7-條狀固定通孔，8-螺孔，9-側擋板，10-導軌，11-滑槽，12-安裝底座，13-條狀直凹槽。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明:

參見圖1～圖6，本實用新型中的一種高精度長標距應變傳感器，包括光纖光柵1、長條形滑塊2和蓋板3、保護底板安裝底座12，長條形滑塊2、蓋板3、保護底板和安裝底座12為合金航空鋁材料制成。光纖光柵1為中部加工有一段光柵4的光纖，滑塊2的底部設有固定座5，滑塊2上設有條狀直凹槽13，條狀直凹槽13中設有表面粗糙的固定連接光纖的錨固槽6，2個滑塊2為一對，蓋板3覆蓋在滑塊2上，2個滑塊2分別位于蓋板3的兩端，蓋板3和滑塊2上分別設有用于固定連接蓋板3和滑塊2的條狀固定通孔7和螺孔8，蓋板3的兩側還設有覆蓋滑塊2側邊的側擋板9，側擋板9和滑塊2側邊分別設有相配合的導軌10和滑槽11，使滑塊2可以在蓋板3上滑動。光纖光柵1的光柵4位于滑塊2之間，光柵4兩端外的光纖固定在滑塊2的條狀直凹槽13中錨固槽6中，固定于錨固槽6中的光纖為剝除了保護層或涂覆層的光纖，錨固槽6外的光纖光柵1套設有保護軟管；其中滑塊2之間采用細的塑料軟管，滑塊2外端的光纖采用去除內芯的光纜為保護軟管。保護底板安裝固定在滑塊2之間的蓋板3的底面，安裝底座12有2個，可通過螺栓分別與兩個滑塊2的固定座5底部固定連接。

高精度長標距應變傳感器的制作步驟為：

步驟1、將兩個滑塊2保持同一水平面對稱置于制作臺上，調整好標距，然后在垂直方向對其固定。

步驟2、將光纖光柵1處于錨固槽6的位置進行一段涂覆層的剝除，然后以光柵4為中心標記好錨固距離，選取一定長度細的塑料軟管作保護軟管，將保護軟管套在光纖上，使光纖光柵1的光柵4段位于保護軟管的中間位置，然后將保護軟管兩端放置于兩個滑塊2端部的條狀直凹槽13內，光柵4段放在兩個滑塊2中間，剝除了涂覆層的光纖置于錨固槽6內，并對光纖施加一定預張拉，然后開始向錨固槽6內進行涂膠，將光纖固定于錨固槽6內。

步驟3、待步驟2中的膠固化后，分別在兩個滑塊2外端的光纖套設光纜保護軟管，光纜保護軟管放在滑塊2外端的凹槽中，然后用膠將光纜保護軟管固定于凹槽內。

步驟4、待步驟3中膠固化后，把蓋板3的導軌10與滑塊2側邊的凹槽對應，將蓋板3滑進滑塊2，然后用螺栓將滑塊2及蓋板3固定。

步驟5、將底板用螺栓或膠固定于滑塊2之間的蓋板3的底部，以保護光纖光柵1。

在進行測量時，把傳感器兩個滑塊的固定座5與安裝底座12用螺栓固定，將安裝底座12固定在需要測量的結構上，然后將連接蓋板3與任一一個滑塊2的螺栓松開，使滑塊2可以在導軌10內自由滑動。這樣蓋板3不會對應變傳感器的測量產生阻礙或影響，提高了應變傳感器的靈敏度和測量準確度。

測量結束后，松掉固定座5與安裝底座12的螺栓即可取下應變傳感器，方便的拆卸方式可提高傳感器的重復利用性。若是長期監(jiān)測，則不用拆除傳感器。

本實用新型的應變傳感器的靈敏性可通過改變滑塊2中光纖錨固長度實現(xiàn)。參見附圖2，高精度長標距應變傳感器增敏系數的計算方法為：

設傳感器的標距為L，滑塊2中光纖錨固長度為L₁，滑塊的彈性模量為E_1，橫截面積為A₁；光纖懸空段長度L₂，光纖彈性模量為E₂，橫截面積為A₂，細管彈性模量為E₃，橫截面積為A₃。對于標距長度為L的普通傳感器和本實用新型的高精度傳感器，假定標距區(qū)域感應到的應變均為ε

普通光纖傳感器：

相同均勻材料ε處處相同，則中間光纖光柵L₂區(qū)段的應變?yōu)椋?/p>

本實用新型的高精度光纖傳感器：,

因為ε相同，所以ΔL′＝ΔL

根據材料力學：ΔL′＝2ΔL′₁+ΔL′₂或者ΔL′＝2ΔL′₁+ΔL′₃ΔL′₁

為滑塊2伸長量，為光纖L₂區(qū)段伸長量，為細管伸長量。

因為ΔL′₂＝ΔL′₃，則或者本實用新型為了提高傳感器的靈敏度，細管選取彈模較低的塑料管，則E₁A₁>>E₂A₂+E₃A₃,即ΔL′₁<<ΔL′₂，近似認為ΔL′＝ΔL′₂,本實用新型中間光纖光柵L₂區(qū)段的應變?yōu)椋?/p>

因為ΔL′＝ΔL′₂，所以

則即

設本實用新型的光纖傳感器與普通光纖傳感器對比，增敏系數為K，則

因此可以通過改變光纖錨固長度L1或者滑塊長度來調整傳感器的靈敏度，K的理論最大值為

以上是本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型技術方案所作的改變，所產生的功能作用未超出本實用新型技術方案的范圍時，均屬于本實用新型的保護范圍。