[發明專利]埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器及其制作方法

有效

• 申請號: 201210077161.1
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102607611A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 湯立群;劉澤佳;劉逸平;何庭蕙;張紅;張純禹;陳金明;桑登峰;楊寶;蔣斌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01B11/16;G01L1/24;G02B6/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明主要涉及各種大型鋼筋混凝土結構的溫度與應力、應變和變形的監測技術，特別涉及用于監測大中型混凝土橋梁內部應變的埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器及其制作方法。?

背景技術

土木工程結構的施工及使用安全問題的解決依賴于預先埋設各種類型的傳感器材。土木工程結構對傳感器的主要要求是：在外載的作用下，通過測量與結構有關的各種參數，從強度、剛度、抗裂性及結構實際破壞形態來判明結構的實際工作性能，估計結構的承載能力，確定結構本身與其使用要求的符合程度。?

與傳統的電子和機械傳感器相比較，以光纖布拉格光柵為核心的傳感器具有靈敏度高、動態范圍寬、不受電磁干擾、可靠性高、體積小以及可埋入智能材料等優點。適用于強電磁干擾，輻射、腐蝕環境，方便實現對橋梁，水壩，飛行器，艦船，油井等的實時監測，因此光纖布拉格傳感技術的應用越來越廣泛。?

光纖傳感器既是傳感器又是傳輸媒介，將所有傳感系統的硬件集成到一根光纖上，采用靈活多樣的調制傳感技術，測量信號的種類多樣。同時光纖傳感器的損耗極低，適合于長距離傳輸和監控，這在一些大型的土木工程結構中尤其重要。目前最有發展和應用前景的有兩類光纖傳感器：一類為抗惡劣環境的光線傳感器。如需埋入混凝土內部或在高電壓環境下等，此時傳統傳感器無法勝任。另一類為準分布或者分布式光纖傳感器，它不僅能測量傳感器處的變形或應力等物理量，而且同時可以得知位置，這樣一根光纖通路就可以測出結構參數大至的分布狀態，進行實時監測。?

光纖光柵傳感器在土木工程中的應用領域：1）混凝土的養護中的溫度與應力的監測；2）混凝土機構裂縫的自監測和自診斷；3）混凝土結構應力、應變和變形的自監測；4）混凝土結構配合的鋼筋（索）應力和變形的自監測。在以上的應用范圍中結構物的結構參數測量監測是光纖傳感器應用比較廣泛的領域。主要利用光纖光柵自身測量信號特點，使用波分復用技術在一根光纖中串接多個布喇格光柵進行分布式行高分辨率和大范圍測量，得到更加細致的結構參數，預測結構的局部載荷的狀態。?

要實現光纖光柵傳感器的工程化和實用化，傳感器的穩定性和實用性是必須要關注的。光柵是刻寫在極細的光纖上，極其脆弱，在土木工程施工中，傳感器要經受各種外力作用，若保護不夠良好，光纖光柵傳感器非常容易受到損傷。因此使用的光纖光柵時應對其進行良好的封裝，封裝的結構和樣式易于現場的安裝。本發明的光纖光柵傳感器目前已經在多座大中跨徑的混凝土箱梁橋上用于應力應變監測，取得了良好效果。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器及其制作方法，既能保證光纖光柵傳感器在實際混凝土構件中穩定工作，又降低封裝成本。通過本發明的封裝設計，可有效避免橫向應變的影響，具體技術方案如下。?

埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器，包括尾纖、金屬波紋管、熱縮管護套、光纖光柵、光柵支撐架、外層封裝鋼管、第一支撐套、第二支撐套和堵頭，所述尾纖穿過金屬波紋管，金屬波紋管的一端套有用于燒融后加強尾纖與外層封裝鋼管的連接強度的所述熱縮管護套，穿出熱縮管護套的尾纖的一端與所述光纖光柵的裸纖熔接，光纖光柵的裸纖還緊密地粘貼在光柵支撐架上，所述第一支撐套、第二支撐套套在粘貼有所述光纖光柵的光柵支撐架，光柵支撐架從外層封裝鋼管的一端插入外層封裝鋼管中，光柵支撐架與外層封裝鋼管兩端通過粘膠劑固定，外層封裝鋼管的另一端設有所述堵頭。?

作為上述埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器的優化技術方案，所述熱縮管護套燒融后位于外層封裝鋼管的一端。?

作為上述埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器的優化技術方案，光纖光柵的裸纖通過環氧樹脂緊密地粘貼在光柵支撐架上。?

作為上述埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器的優化技術方案，光柵支撐架與外層封裝鋼管兩端通過注入環氧樹脂固定。?

作為上述埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器的優化技術方案，光柵支撐架為一根高強度鋼絲。?

作為上述埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器的優化技術方案，光纖光柵的光柵段與外層封裝鋼之間有間隙。?

本發明的一種埋入式雙層封裝光纖光柵傳感器的制作方法，包括如下步驟：?

1）??尾纖穿過金屬波紋管，金屬波紋管一端套上熱縮管護套；

2）??截取一段光纖光柵；

3）??將尾纖與光纖光柵的裸纖熔接到一起；

4）??將光纖光柵的裸纖用環氧樹脂粘結到光柵支撐架上；

5）??燒融熱縮管護套使熱縮管護套位于外層封裝鋼管的端部，加強尾纖與外層封裝鋼管的連接強度；