[發明專利]一種雙層弓形微應變敏感器

無效

• 申請號: 201010151759.1
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN101806584A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 劉月明;田維堅;樓俊;劉濤;黃昌清;馮桂蘭;陳慧芳
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種雙層弓形微應變敏感器。

背景技術

在利用長周期光纖光柵LPFG來進行高溫壓力管道檢測技時，遇到管道表 面應變量較小，測量精度和可靠性不高的問題。為此必須設計一個專門的光 纖光柵敏感結構，該敏感結構保證LPFG對高溫管道外壁能進行可靠檢測。

高溫管道應變測量常用結構是高溫電阻應變片，一體式光纖光柵傳感器， 以及分體式光柵應變片等等。

市場上有高溫電阻應變片銷售，種類也比較多，以GHP-550該型號應變 片為例，其是由直徑0.02mm的特殊金屬絲等材料制成，隨著溫度的上升， 金屬絲的電阻值會上升(或下降)。每個高溫應變片都有不同的熱輸出值， 測試前必須經過實驗室標定，而被測管道的應變也是通過應變片的電阻應變 儀顯示出來，因此，必須先將兩者的變化值區分出來，以求得精確的機械應 變值。然后進行高溫應變測量的數據修正：導線電阻修正，熱輸出修正，靈 敏系數修正等。再利用彈性理論的公式由記錄的應變值計算出不同參數時的 應力水平。但該方法存在測試操作過程復雜、需循環多次測量比較、理論公 式計算繁瑣等缺點。

一體式光纖光柵傳感器在安裝時多采用直接粘貼于被測表面的方法，也 有將光纖光柵事先封裝于彈性金屬基底后再粘貼于被測表面或直接埋入被測 結構的方法。這些光纖光柵結構采用一體化設計方法，即傳感用的敏感光柵 與信號傳輸用的傳導光纖利用同一根光纖制作。可見一體式光柵只是直接利 用敏感光柵，測量精度和可靠性主要取決于敏感光柵的應變敏感特性。

分體式光纖光柵應變片，測量用的敏感光柵和信號傳輸用的傳導光纖分 別封裝在敏感體和連接中，兩者相互獨立，使用時則通過機械插接方式構成 一個整體。分體式應變片同樣只是直接利用敏感光柵，測量精度和可靠性主 要取決于敏感光柵的應變敏感特性。

因此設計一個更有效的高溫壓力管道應變敏感結構具有很大的實用意 義。國內一些大學、科研院所及公司對高溫壓力管道應變敏感測量技術也進 行過較長時間的研究，但尚未見到采用雙層弓形彈性敏感金屬片結構的報道。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種雙層弓形微應變敏感器。

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：

一種雙層弓形微應變敏感器包括上金屬片、下金屬片，前固定塊、后固 定塊、長周期光纖光柵和光纖。

上金屬片和下金屬片均為弓形片狀，上金屬片的長度大于下金屬片的長 度，上金屬片的一端、下金屬片的一端連接并固定設置在前固定塊上，上金 屬片的另一端與下金屬片的另一端連接并固定設置在后固定塊上，上金屬片 與下金屬片之間形成月牙形空隙。長周期光纖光柵的一端固定設置在上金屬 片的居中位置，長周期光纖光柵的另一端固定設置在下金屬片的居中位置。 長周期光纖光柵位于月牙形空間內。長周期光纖光柵的兩端分別與光纖連接。

本發明相對于現有技術具有以下優點：

本發明采用弓形彈性敏感金屬片作為應變敏感材料，因此管道產生的微 應變直接體現在金屬片相應的物理變形上；

本發明采用雙層金屬片結構，巧妙地利用同一管道的微應變產生的相對 變形來拉伸或壓縮光纖光柵；

本發明利用光纖光柵應變傳感技術，來傳輸兩金屬片的相對形變。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步描述：

如圖1所示，一種雙層弓形微應變敏感器包括上金屬片3、下金屬片4， 前固定塊7、后固定塊5、長周期光纖光柵8和光纖2。上金屬片和下金屬片 為彈性敏感金屬片，能感應微小的形變。

上金屬片3和下金屬片4均為弓形片狀，上金屬片3的長度大于下金屬 片4的長度，保證上金屬片3與下金屬片4之間形成一定空隙。上金屬片3 的一端、下金屬片4的一端連接并固定設置在前固定塊7上，上金屬片3的 另一端與下金屬片4的另一端連接并固定設置在后固定塊5上，上金屬片3 與下金屬片4之間形成月牙形空隙。長周期光纖光柵8的一端固定設置在上 金屬片3的居中位置，長周期光纖光柵8的另一端固定設置在下金屬片4的 居中位置。長周期光纖光柵8位于月牙形空間內。長周期光纖光柵8的兩端 分別與光纖2連接。

本發明的具體工作過程為：在使用過程中，長周期光纖光柵8的一端通 過光纖2連接到光源1，另一端通過光纖2連接到探測器6上，然后將前固定 塊7和后固定塊5分別焊接到被測的管道上，當被測管道產生變形時，上金 屬片3和下金屬片4產生相應的變形，從而使得長周期光纖光柵8產生相應 的變形，最終導致輸出的光信號發生變化。因此，通過探測輸出的光信號， 就可以推導出被測管道所產生的微應變的大小。