[發明專利]新型光纖光柵的多點裂縫監測器

無效

• 申請號: 201010532966.1
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN101995226A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 王靜;隋青美;王正方;苗飛;陳霄;白濤;張法業;賈磊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G01K11/32
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種新型光纖光柵多點裂縫監測器，具體的說是一種能夠同時測量多個測點溫度與裂縫大小的高精度光纖光柵傳感器。

背景技術

目前在隧道、煤礦等大型工程領域與橋梁、大型建筑等大型結構工程領域，受施工條件與工程服役時間的影響，易出現裂縫，造成了巨大的隱患，因此實施監測關鍵點的裂縫發生發展過程具有重要意義。目前大多采用振弦式裂縫計，防水性能差，壽命短，易發生零點漂移，嚴重限制了它的廣泛應用。

光纖光柵是一種性能優良的溫度傳感器件，與傳統的電傳感器等相比具有體積小，精度高，防水性能強，易于組網等獨特的優點，受到科研人員與工程技術人員的青睞。尤其是聚合物光纖光柵，除了具有普通光柵的優點外，還具有溫度和應變靈敏度高，測量范圍大，價格便宜等優點。并且聚合物光纖光柵與石英光柵的溫度系數與應變系數不同，因此同時應用這兩種不同材料的光柵能夠實現溫度和應變的解耦。

在實際工程領域，要求快速精確地測量結構表面或內部的溫度與裂縫，目前沒有新型光纖光柵多點裂縫監測器的報道，并且未見相關專利。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種測量精度高，測量范圍大，具有良好的防水性能，抗電磁干擾，并且安裝方便的光纖光柵裂縫監測器。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

新型光纖光柵的多點裂縫監測器，它包括多個串聯的光纖光柵裂縫監測器，每個光纖光柵裂縫監測器均包括套管，套管的一端與基座Ⅰ滑動連接，另一端與基座Ⅱ滑動連接；套管內設有傳輸光纖，傳輸光纖上設有光纖光柵，傳輸光纖一端與基座Ⅰ連接，另一端與彈性體一端連接，所述彈性體另一端與基座Ⅱ連接。

所述傳輸光纖為兩根平行放置的傳輸光纖，其中一根為聚合物傳輸光纖，另一根為石英傳輸光纖；聚合物傳輸光纖和石英傳輸光纖上分別設有光纖光柵。

所述光纖光柵包括多個串聯的聚合物光纖光柵及多個串聯的石英光纖光柵，聚合物光纖光柵設在聚合物傳輸光纖上，石英光纖光柵設在石英傳輸光纖上。

所述基座Ⅰ或基座Ⅱ為相鄰光纖光柵裂縫監測器的共用基座。

原理：首先將基于聚合物光纖光柵及石英光纖光柵的多點裂縫監測器固定在待測點處，若待測點處產生裂縫，則基座之間的距離發生變化，使彈性體伸長產生對聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的拉力，使兩個光柵的中心波長發生變化。裂縫越大聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的拉力也越大，兩光柵中心波長變化也隨之增大。同時待測點處溫度的變化也引起兩根光柵中心波長的變化。但聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的溫度系數與應變系數都不相同。因此，在聚合物光纖光柵與石英光纖光柵的溫度系數與應變系數已知的情況下，可通過測量兩光柵中心波長的變化實現溫度與應變的解耦，進而消除光纖光柵對溫度與應變的交叉敏感，通過測量單獨由應變引起的兩光柵中心波長的變化實現裂縫的測量。

由以上技術方案可以看出，本發明利用聚合物光纖光柵和石英光纖光柵構成的多點裂縫監測器監測傳感器中心波長的變化，根據中心波長變化可測量出溫度和裂縫的大小，并且具有良好的防水性能，抗電磁干擾，提高了測量精度和測量結果的可靠性。

附圖說明

圖1為本發明新型光纖光柵多點裂縫監測器的結構圖；

圖2為本發明中聚合物光纖光柵溫度特性曲線圖；

圖3為本發明中石英光纖光柵溫度特性曲線圖；

圖4為本發明中聚合物光纖光柵裂縫測試曲線圖；

圖5為本發明中石英光纖光柵裂縫測試曲線圖。

其中1.聚合物光纖光柵，2.石英光纖光柵，3.套管，4.基座，5.彈性體，6.聚合物傳輸光纖，7.石英傳輸光纖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：

圖1中，一種新型光纖光柵多點裂縫監測器，包括多個光纖光柵裂縫監測器，每個光纖光柵裂縫檢測器都包括聚合物光纖光柵1，聚合物光纖光柵1一端與彈性體5連接，另一端固定在傳感器的基座4處，石英光纖光柵2與聚合物光纖光柵1平行放置，并且也是一端與彈性體5連接，另一端固定在傳感器基座4處。彈性體5另一端則連接到裂縫監測器另一端的基座4處。聚合物光纖光柵1和石英光纖光柵2與彈性體5有套管3保護，套管3與兩端的基座4滑動連接。相鄰兩個裂縫監測器共用一個基座4，聚合物光纖光柵1和石英光纖光柵2都采用串聯的方式連接，前端裂縫監測器的彈性體處聚合物傳輸光纖6和石英傳輸光纖7處于彎曲狀態，彎曲程度為不影響裂縫監測器的量程。

同時采用了聚合物光纖光柵1與普通石英光纖光柵2作為溫度與應變敏感器件。