[發明專利]一種內封式懸臂梁光纖光柵傳感器

有效

• 申請號: 201710472164.8
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107121158B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 楊德興;徐健;姜亞軍;杜波波
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種內封式懸臂梁光纖光柵傳感器，屬于傳感器領域。本發明內封式懸臂梁光纖光柵傳感器在配有固定端和受力端的懸臂梁構件內部具有內封孔，用于放置作為敏感元件的光纖光柵；每個內封孔有兩個從懸臂梁外表面打通至內封孔的注膠孔；使用光纖固定膠通過注膠孔將光纖光柵柵區固定在內封孔內兩個注膠孔之間。封裝后的懸臂梁構件與施力桿及施力桿安裝件組合成傳感器安裝在待測物上；當待測物受到力載荷的作用，與光纖光柵、海纜連接的光纖光柵解調儀通過監測光纖光柵特征波長的變化監測力載荷的大小。本發明綜合光纖光柵和懸臂梁結構的優勢，可用于在深水中監測工程結構的力載荷，同時具有耐海水腐蝕和高水壓、結構簡單成本低的特點。

技術領域

本發明涉及一種可適用于深水力載荷監測的內封式懸臂梁光纖光柵傳感器，屬于傳感器領域。

背景技術

光纖光柵作為一種新型的光子器件，其特征光中心波長的變化與溫度變化和應變有著較好的線性關系。由于光纖光柵具有現場無需供電、不受電磁干擾、測量精度和分辨率高、響應速度快、擴展容量大、可長期應用于高溫高濕及存在化學侵蝕等惡劣環境、線路損耗不影響測量、傳輸距離遠的優點，得到了廣泛的應用研究，并取得了豐碩的成果。光纖光柵隨著批量生產技術的突破而走向實用化，被廣泛應用于光纖通信和光纖傳感，主要體現在生物、醫學、環境、結構健康監測等領域。

懸臂梁結構，特別是等強度懸臂梁結構及其相似結構，由于靈敏度調節方便、應變區范圍大、應變大小均勻的特點，被大量應用于各類光纖傳感器的受力結構中?，F有的懸臂梁式光纖傳感器大多將光纖光柵粘貼在懸臂梁的外表面。當懸臂梁一端受到外力的作用時，外表面會產生與外力有線性關系的應變。在該應變的作用下，光纖光柵的特征光中心波長也會產生線性的變化，從而達到測量外力的目的。

光纖光柵直接暴露于深水高壓環境中會影響傳感器的性能，無法長時間穩定工作。在公開號為CN200420023342的專利中，雖然使用了耐壓容器和波紋管來保護傳感器并具有一定的靈活性，但是該方法結構復雜、成本較高。

為了克服上述方法的不足，本發明提出的傳感器將光纖光柵封裝于懸臂梁結構內部，既保留了此類傳感器結構簡單、力學性能優異的特點，也提高了傳感器的耐壓抗腐蝕能力。同時，在懸臂梁上增加的注膠孔即可以完成光纖光柵的粘貼也可以通過其位置的變化調節傳感器的性能，靈活性更高。

發明內容

要解決的技術問題

為了實現在深水環境中對工程結構力載荷的監測，防止深水壓力環境對光纖結構的侵蝕，并避免過大的外部抗壓封裝結構，本發明提出一種內封式懸臂梁力載荷傳感器。

技術方案

一種內封式懸臂梁光纖光柵傳感器，其特征在于包括懸臂梁構件(1)、施力桿(2)、施力桿安裝件(3)、光纖光柵(4)、光纖固定膠(5)、海纜(6)、結構膠(7)七個組成部分。

所述懸臂梁構件(1)包括受力端(11)、受力端通孔(12)、固定端(13)、固定端固定孔(14)、懸臂梁(15)、中性面(16)、內封孔(17)和注膠孔(18)。

所述的懸臂梁構件(1)通過受力端(11)、受力端通孔(12)與施力桿(2)連接，并通過固定端(13)、固定端固定孔(14)、施力桿安裝件(3)，與施力桿(2)一起被安裝在待測物(8)上。

所述施力桿(2)安裝后與待測物(8)平行，用于傳遞固定端(13)和施力桿安裝件(3)之間待測物(8)的形變，并將該形變以外力的方式通過受力端(11)加載到懸臂梁(15)上。

所述懸臂梁(15)的厚度處處相等，上下表面形狀相同，可以為等腰梯形、矩形和等腰三角形；中性面(16)位于懸臂梁(15)上下表面之間，且與上下表面等距。