[實用新型]點焊式光纖光柵應變傳感器

有效

• 申請號: 201420360500.1
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN203929033U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 馬東方;耿進鋒;蔡紅生;張留斌
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網河南省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

技術領域

本發明涉及傳感器領域。

背景技術

隨著人類社會的不斷進步，日常生活對電的依賴越來越強，輸電的通暢是人們正常生活的保證。輸電線路由于自然和人為原因受到損壞對人們的日常生活造成了巨大影響。

由于氣象條件的變化，外界環境中輸電線路的外荷載也隨之變化，起主要破壞作用的外荷載之一是大風。安裝在野外的輸電線鐵塔，在舞動條件下的平衡狀態是一個動態變化的過程。這些將直接對高壓輸電線路桿塔的基礎、桿塔、檔距產生影響，并進一步引起高壓輸電線路其它元素的變形，甚至倒塔。由于這是一個緩慢的過程，通過對桿塔主材應力變化的監測可以在桿塔破壞前發出預警，以供電力部門采取相應的措施。這樣就可以避免破壞發生或減小破壞所帶來的損失。

輸電線路在承受外載荷時應力變化主要反映在連接金具上，而桿塔傾斜時應力變化主要發生塔身主材上，所以應在連接金具和塔身主材上監測應力變化。

對鐵塔舞動條件下的監測，傳統上主要采用電阻應變片。電阻應變片，以價格便宜、技術成熟、反映速度快等特點，在實驗測試中得到了廣泛的應用。存在的問題是，電阻應變片易受電磁干擾，壽命短，很難適用于長期的監測。

電阻應變片有多種形式，常用的有絲式和箔式。它是由直徑為0.02～0.05mm的康銅絲或者鎳鉻絲繞成柵狀（或用很薄的金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣薄片（基底）中制成，用鍍錫銅線與應變片絲柵連接作為應變片引線，用來連接測量導線。

電阻應變片的測量原理為：金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之外，還與金屬絲的長度，橫截面積有關。將金屬絲粘貼在構件上，當構件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構件一起變化，進而發生電阻變化。

dR/R=Ks*ε

其中，Ks為材料的靈敏系數，其物理意義是單位應變的電阻變化率，標志著該類絲材電阻應變片效應顯著與否。ε為測點處應變，為無量綱的量，但習慣上仍給以單位微應變，常用符號με表示。

由此可知，金屬絲在產生應變效應時，應變ε與電阻變化率dR/R成線性關系，這就是利用金屬應變片來測量構件應變的理論基礎。

電阻應變片，以價格便宜、技術成熟、反映速度快等特點，在實驗測試中得到了廣泛的應用。存在的問題是，電阻應變片受潮會降低絕緣電阻和粘結強度，嚴重時會使敏感柵銹蝕；酸堿及油類侵入甚至會改變基底和粘接劑的物理性能。易受電磁干擾，壽命短，很難適用于長期的監測。

光纖傳感器自20世紀70年代問世以來，受到了廣泛關注，特別是近幾年，光纖傳感器的工程應用研究發展迅速。其中，光纖光柵傳感器是用光纖布拉格光柵作為敏感元件的功能型光纖傳感器，可以直接傳感溫度和應變，而應變是表征工程結構安全的重要指標，光纖型應變傳感器以其應變靈敏度高（1個微應變），響應速度快，抗電磁干擾，體積小（125um），耐腐蝕（主要成分為二氧化硅），易于安裝，使用壽命長等特點，在工程結構的安全監測中得到了廣泛的應用，而且對工程結構的應變進行長期，實時，動態的檢測有著非常重要的意義。

現有點焊式光纖光柵應變傳感器，普遍存在兩個問題：一是由于光纖光柵基體厚薄差距較大，焊接存在較大難度并且焊接距離很短；二是使用普通環氧樹脂膠時存在較大蠕變，降低了長期測量的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種點焊式光纖光柵應變傳感器，提高負應變測量精度，消除蠕變。

本發明的技術方案是：

點焊式光纖光柵應變傳感器，包括光纖光柵應變傳感器、基體，基體為高彈性合金材料，基體包括基板和一體連接在基體左右兩端的兩個調節塊，兩個調節塊按左右位置分別為左調節塊、右調節塊，在兩個調節塊之間的基體中間部位設有基體槽，光纖光柵應變傳感器外側設有封裝層，封裝層的材質為低熔點玻璃粉，封裝層的下半部分與基體槽連接；在右調節塊上橫向設有調節孔，調節孔內穿設有調節螺釘，調節螺釘的左端頂靠在左調節塊的右側面上；基板的周邊設有密封用的膠層。

調節螺釘可以為內六角螺釘。

所述基板為啞鈴型。

點焊式光纖光柵應變傳感器以其顯著于傳統電阻應變片的優點，實現了長期全面了解鐵塔輸電線路應變的實時狀態的目的。通過應變監測系統的實時監測獲取相關數據信息，然后根據這些數據分析評估輸電線路的運行安全狀態，并在達到預定值時報警，對于電網系統的安全運行具有重大現實意義。

光纖光柵應變傳感器靈敏度高（1個微應變）、響應速度快、抗電磁干擾、體積小（125um）、耐腐蝕（主要成分為二氧化硅）、易于安裝、使用壽命長，可對工程結構的應變進行長期、實時、動態的檢測。